Metodología de georreferenciación (ArcView, ArcGIS, gvSIG y QGIS)

Introducción

Todo procesamiento de información cartográfica lleva implícito dentro de su ejecución varias etapas, todas con su particular importancia, ya que existe una articulación en el procesamiento que a la final conlleva a la producción de material cartográfico de excelente calidad.

En este pequeño manual se ha realizado una pequeña compilación de la metodología de georreferenciación en cuatro software específicos: ArcView versión 3.2, ArcGIS versión 9.3, gvSIG versión 1.11.0 y QGIS versión 2.8.1. Cada software en particular posee una herramienta o una aplicación que es utilizada específicamente para el proceso de georreferenciación de una imagen:

Georreferenciación

La georreferenciación es la técnica de posicionamiento espacial de una entidad en una localización geográfica única y bien definida en un sistema de coordenadas y datum específicos. Es una operación habitual dentro de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) tanto para objetos ráster (imágenes de mapa de píxeles) como para objetos vectoriales (puntos, líneas, polilíneas y polígonos que representan objetos físicos).

La georreferenciación es un aspecto fundamental en el análisis de datos geospaciales, pues es la base para la correcta localización de la información de mapa y, por ende, de la adecuada fusión y comparación de datos procedentes de diferentes sensores en diferentes localizaciones espaciales y temporales. Por ejemplo, dos entidades georreferenciadas en sistemas de coordenadas diferentes pueden ser combinables tras una apropiada transformación afín (bien al sistema de coordenadas del primer objeto, bien al del segundo). (https://es.wikipedia.org/wiki/Georreferenciación).

De igual manera puede definirse también como el uso de coordenadas de mapa para asignar una ubicación espacial a entidades cartográficas. Todos los elementos de una capa de mapa tienen una ubicación geográfica y una extensión específicas que permiten situarlos en la superficie de la Tierra o cerca de ella. La capacidad de localizar de manera precisa las entidades geográficas es fundamental tanto en la representación cartográfica como en SIG. (http://resources.arcgis.com/es/help/gettingstarted/articles/026n0000000s000000.htm).

La correcta descripción de la ubicación y la forma de entidades requiere un marco para definir ubicaciones del mundo real. Un sistema de coordenadas geográficas se utiliza para asignar ubicaciones geográficas a los objetos. Un sistema de coordenadas de latitud-longitud global es uno de esos marcos. Otro marco es un sistema de coordenadas cartesianas o planas que surge a partir del marco global.

Los mapas representan ubicaciones en la superficie de la Tierra que utilizan cuadrículas, gratículas y marcas de graduación con etiquetas de diversas ubicaciones terrestres (tanto en medidas de latitud-longitud como en sistemas de coordenadas proyectadas [como metros de UTM]). Los elementos geográficos incluidos en diversas capas de mapa se trazan en un orden específico (uno sobre otro) para la extensión del mapa determinada.

Los datasets SIG incluyen ubicaciones de coordenadas dentro de un sistema de coordenadas cartesianas o globales para registrar ubicaciones y formas geográficas. De este modo, es posible superponer capas de datos SIG sobre la superficie de la Tierra. (http://resources.arcgis.com/es/help/getting-started/articles/026n0000000s000000.htm).

En otra definición se concibe la georreferenciación como: un proceso que permite determinar la posición de un elemento en un sistema de coordenadas espacial diferente al que se encuentra. Existen por tanto dos sistemas de coordenadas: el sistema origen y el sistema destino. Este proceso es determinado con una relación de posiciones entre elementos espaciales en ambos sistemas, de manera que, conociendo la posición en uno de los sistemas de coordenadas es posible obtener la posición homóloga en el otro sistema. La georreferenciación se utiliza frecuentemente en los sistemas de información geográfica (SIG) para relacionar información vectorial e imágenes raster de las que se desconoce la proyección cartográfica, el sistema geodésico de referencia, o las distorsiones geométricas que afectan a la posición de los datos. La georreferenciación queda definida por una función matemática del tipo: X= f(x, y) Y= f(x, y) donde la posición de una entidad geográfica en el sistema de coordenadas destino (X,Y) es función de las coordenadas (x, y) que tiene ese elemento en el sistema origen. Para poder realizar una georreferenciación es necesario identificar sin lugar a equivocación puntos homólogos en los sistemas de coordenadas origen y destino, lo que permite calcular los parámetros de la transformación. Algunos de los factores que afectan a la calidad de la rectificación son el número de puntos homólogos identificados y la distribución de estos puntos en la superficie del mapa. (http://www.ign.es/ign/resources/actividades/SDG/GeorrefIBERCARTO_SANTANDER_oct2012.pdf).

Para realizar una buena georreferenciación es necesario identificar los mismos puntos en los documentos y obtener las coordenadas en los dos sistemas. Cuando se trata de rectificar un documento escaneado, las coordenadas origen corresponden a los valores de la fila y la columna en la imagen raster. Cuanto mayor sea el número de estos puntos, mejor y más precisa puede ser la transformación matemática que obtengamos, permitiendo estimar los errores previsibles en los cálculos. Algunos de los nombres relacionados con estas transformaciones son los siguientes: transformación conforme, afín, o polinómicas. La transformación conforme está compuesta por una traslación según el eje X, otra en el eje de las Y, un giro y un cambio de escala. Una transformación de tipo afín permite calcular los mismos parámetros que la transformación conforme pero aplicando un cambio de escala diferente en el eje de las X y en el eje de las Y. La transformación polinómica de grado superior a dos permite corregir distorsiones e imprecisiones de manera más exacta a cambio de distorsionar la apariencia del documento para adaptarse mejor a la geometría. Para determinar los parámetros de las transformaciones más sencillas suele ser suficiente de dos a cuatro puntos homólogos; la utilización de más puntos permite obtener una estimación de los errores. Las funciones polinómicas más complejas mejoran los resultados utilizando el mayor número posible de puntos. Las características que deben tener los puntos seleccionados para calcular la rectificación son las siguientes:

( Deben ser claramente identificables en todos los documentos. Si es posible, se deben seleccionar elementos en los que se supone que por sus características se ha dibujado con la máxima precisión; por ejemplo, es de esperar que la situación de un faro sea más exacta en una carta de navegación que un elemento alejado de la costa y que no es visible desde el mar.

( Los puntos deben corresponder con elementos fijos en el tiempo; por ejemplo, un banco de arena de una carta náutica es menos fiable que un islote de roca.

( Los puntos deben estar separados unos de otros y estar homogéneamente distribuidos en todo el mapa.

http://www.ign.es/ign/resources/actividades/SDG/GeorrefIBERCARTO_SANTANDER_oct2012.pdf).

Georreferenciación en Arcview 3.2

1.- La aplicación para la georreferenciación de una imagen a través de un software ArcView 3.2 se llama Image Analisys, esta debe ser instalada previamente antes de llevar a cabo el proceso de digitalización.

2.- Al abrir el programa ArcView 3.2 se abrirá automáticamente la ventana Welcome to Arc View GIS, en la opción Create a new project se marcará with a new view (OK), inmediatamente aparecerá la siguiente pregunta: Would you like to add data to the view new?, en este caso se seleccionará la opción NO.

3.- Al realizar el procedimiento anterior se abrirá una abrir una Vista la cual por defecto tendrá el nombre View 1; para trabajar de una manera más cómoda maximizar la ventana de la vista.

4.- El siguiente paso es asignarle propiedades a la Vista en donde se realizará todo el proceso de Georreferenciación, para ello se despliega la opción View en la barra de herramientas superior y se selecciona Properties; inmediatamente se deberá visualizar la ventana View Properties y en el recuadro Name podrá asignársele un nombre adecuado a la Vista de acuerdo a la preferencia del usuario, en el recuadro Maps Units desplegar y seleccionar la opción Meters y en Distance Units desplegar y seleccionar la opción Kilometers.

5.- Ahora es necesario activar la extensión Image Analysis, para lo cual se despliega la opción File en la barra de herramientas y se selecciona Extensions, inmediatamente deberá aparecer un cuadro (Extensions) con todas las extensiones que tiene cargado el programa en el respectivo PC en que se esté trabajando (Al instalar el programa ArcView 3.2 se cargar algunas extensiones básicas que el software trae por defecto y cuyas funciones se asocian a procedimientos muy básicos; algunas extensiones más específicas, como el caso de la Image Analysis deben ser cargadas por el usuario).

6.- En el cuadro Extensions se deberá marcar la opción Image Analysis; de igual manera se deberá activar la extensión correspondiente al formato en que haya sido guardada la imagen a georreferenciar, por ejemplo activar la extensión JPG (JFIF) Image Support, en el caso de que la imagen a georreferenciar haya sido guardada en formato JPG.

7.- Incorporar la imagen a georreferenciar a la Vista a través del icono Add Theme en la barra de herramientas o también desplegando la opción View de la barra de herramientas y seleccionando Add Theme.

8.- Aparecerá la ventana Add Theme que permite ubicar el directorio en donde ubica la imagen a georreferenciar; en este caso hay que tener en cuenta que en la parte inferior izquierda de la ventana aparecerá la opción Data Source Types y como el archivo que se va a añadir es una imagen deberá desplegarse y seleccionar la opción Image Analysis Data Source. (OK).

9.- Este procedimiento garantiza que se activen las funciones Seed Tool y Align Tool en la barra de herramientas.

10.- Para comenzar el proceso de georreferenciación se deberá tener muy claro la ubicación de los puntos de control en la imagen (se recomienda poseer al menos 4 puntos de controles) y conocer el valor exacto de las coordenadas de dichos puntos.

11.- Hacer click en Align Tool, posteriormente se hará otro click en el primer punto de control de la imagen, seguidamente hacer un click right (botón derecho del mouse) en el mismo lugar de tal manera que se desplieguen varias opciones en el cursor, de las cuales se deberá seleccionar: Enter "To" Coordinate…

12.- Automáticamente se abre la pequeña ventana To Point y en las opciones Enter corresponding map coordinates ingresar los valores de coordenadas en X y en Y respectivamente del primer punto de control.

13.- Realizar el mismo procedimiento para los puntos restantes.

14.- Al terminar de ingresar los valores de coordenadas de los cuatro (4) puntos de control, desplegar las opciones de Image Analysis en la barra de herramientas y seleccionar Properties, luego seleccionar Analysis Extent y finalmente seleccionar Same as Display.

15.- Finalmente acceder a la opción Theme en la barra de herramientas y seleccionar Save Image As. Guardar la imagen georreferenciada en el directorio correspondiente y elegir cualquier extensión: JPG, Tiff , entre otras.

Georreferenciacion de una imagen en Arcgis 9.3

1.- El software ArcGIS 9.3 ya tiene incorporada en su respectivo banco de herramientas la aplicación Georeferencing, por lo que a diferencia de ArcView 3.2 no es necesario instalarla de manera adicional.

2.- Para iniciar el proceso de georreferenciación es necesario abrir el entorno ArcMap; al hacerlo se abre la ventana ArcMap y entre las opciones de Start using ArcMap with se debe marcar A new empty map (OK).

3.- Posteriormente se procede a activar la función Georeferencing de la siguiente manera: Se ubica el cursor sobre cualquier zona de la barra de herramientas y con un click right se despliegan el listado de aplicaciones o comandos disponibles; marcar la opción Georeferencing .

4.- Incorporar la imagen a georreferenciar a través del icono Add Data ubicado en la barra de herramientas o también se puede acceder a File en la barra de herramientas y allí se selecciona Add Data de entre todas las opciones.

5.- Inmediatamente aparece la ventana Add Data a través de la cual se deberá ubicar la imagen a georreferenciar, específicamente en el recuadro Look in; al ubicarla se selecciona con el cursor y se hace un click en Add, de esta manera se incorporara la imagen al entorno.

6.- El siguiente paso es ingresar el primer punto de control por lo que se deberá tener muy claro la ubicación de los puntos de control en la imagen (se recomienda poseer al menos 4 puntos de controles) y conocer el valor exacto de las coordenadas de dichos puntos. Para ingresar el primer punto ello se deberá hacer click en el icono Add Control Points que se visualiza en la barra de herramientas, luego se ubicara el cursor encima del primer punto de control en la imagen y se hace un click muy pausado y luego otro click preciso y certero.

7.- Seguidamente se incorporara el valor de las coordenadas del primer punto de control, por lo que se hace click en el icono View Link Table ubicado en la barra de herramientas, de esta manera se visualiza la ventana Link Table.

8.- Ingresar el valor de la coordenada X en el campo X Map e ingresar el valor de la coordenada Y en el campo Y Map. (OK).

9.- Una vez que se han ingresado todos los puntos de controles requeridos, se procede a hacer click en la opción Save con la finalidad de guardar los puntos recién incorporados en un directorio específico.

10.- Finalmente acceder a la opción Georeferencing en la barra de herramientas y allí seleccionar Rectify.

11.- Al aparecer la ventana Save as, se ubicará el directorio en el que guardará la imagen georreferenciada a través de la opción Output location, de igual manera en el recuadro Name se le asignará un nombre y en Format se designará el formato en que se desee guardar la nueva imagen. (Save).

Georreferenciacion de una imagen en Gvsig 1.11.0

1.- Proceder a abrir el programa gvSIG 1.11.0 de tal manera que se visualice el Gestor de Proyecto.

2.- Crear una vista en la cual se llevará a cabo todo el proceso de georreferenciación, para la creación de la vista se hace click en la opción Vista ubicada en Tipo de documentos del Gestor de Proyectos; luego hacer click en Nuevo, de tal manera que automáticamente aparezca la nueva Vista con el nombre Sin título-0.

3.- Definir las propiedades de la vista recién creada haciendo click en Sin titulo-0 y luego click en Propiedades.

4.- Al hacer este procedimiento debe abrirse la ventana Propiedades de la Vista; allí se deberá colocar el nombre a la Vista (nombre definido por el usuario) y también se deberá definir el Sistema de Proyección en el que se trabajará.

5.- Para definir el Sistema de Proyección se debe hacer click en Proyección Actual y automáticamente se abre la ventana Nuevo CRS, allí se deberá desplegar la opción Tipo y seleccionar EPSG; luego se marcará Por Área y se escribirá el nombre del país al que se corresponde la zona de la imagen a georreferenciar, luego hacer click en Buscar; y se deberán listar todos los datum del país con sus respectivos códigos; seleccionar el datum correspondiente a la zona de la imagen a georreferenciar. (Aceptar).

6.- Al cerrarse la ventana Nuevo CRS, la ventana Propiedades de la Vista permanecerá aún abierta, en este caso se hara click en Aceptar para que esta última también se cierre.

7.- Hacer click sobre la Vista recién creada y click en Abrir; ahora se deberá incorporar la imagen a georreferenciar a través del icono Añadir Capa ubicado en la barra de herramientas. Al abrirse la ventana Añadir Capa se deberá hacer click en Añadir. Ubicar el directorio en donde se encuentra la imagen, y en la opción Archivos de Tipo seleccionar la opción gvSIG Raster Driver.

8.- Una vez incorporada la imagen hacer click en el icono Capa Raster ubicado en la barra de herramientas y seleccionar Transformaciones Geográficas.

9.- Hacer click en el icono Georreferenciación ubicado en la barra de herramientas. Al desplegarse el cuadro de dialogo se deberá seleccionar Sin Cartografía de Referencia, luego hacer click en el recuadro Seleccionar de la opción Fichero de Georreferenciación a fin de ubicar en el respectivo directorio la imagen a georreferenciar; finalmente hacer click en Transformación Afin. (Aceptar).

10.- Al realizar el procedimiento anterior se accede al entorno de Georreferenciación, apoyándose en el uso de los iconos de Zoom y Desplazamiento es posible trabajar de una manera más cómoda pues es posible tener una mejor visión de la imagen.

11.- Hacer click en el icono Nuevo ubicado en el recuadro: Panel de Puntos de Control, luego hacer click sobre el primer punto de control en la imagen.

12.- Posteriormente ingresar los valores de las coordenadas X y Y; en el campo X Terreno ingresar el valor de la coordenada X y en el campo Y Terreno ingresar el valor de la coordenada Y.

13.- Ingresar al menos tres (3) puntos de controles más. Una vez ingresado los 4 puntos requeridos hacer click en el icono Testear Georreferenciación y luego click en el icono Finalizar Georreferenciación ubicados en el Panel de Puntos de Control.

14.- Al realizar este procedimiento inmediatamente aparece la pregunta: ¿Desea finalizar la aplicación de georreferenciación? a la cual se seleccionará la opción Si. De igual manera saldrá la pregunta: ¿Desea salvar la transformación resultante como predeterminada para el raster? y también se seleccionara la opción Si.

15.- Colocar el cursor encima de la capa y hacer click right para poder acceder a la opción Recargar; luego hacer nuevamente click right encima de la capa para acceder a la opción Zoom a la Capa.

16.- Finalmente volver a colocar el cursor encima de la capa y hacer click en la opción Salvar Como con click right o botón derecho. Designar un nombre a la imagen georreferenciada, seleccionar una extensión y guardar en el directorio correspondiente.

Georreferenciacion de una imagen en Qgis 2.8.1

1.- Proceder a abrir el programa QGIS 2.8.1, luega proceder a incorporar la imagen a georreferenciar al entorno de trabajo; para ello se deberá acceder a la opción Rasters en la barra de herramientas.

2.- Hacer click en la aplicación Georreferenciador y seleccionar la opción Georreferenciador.

3.- Una vez que se ha accedido a esta opción el programa pide ubicar el directorio en donde se encuentra la imagen a georreferenciar a través de un cuadro de dialogo; hacer click en Abrir Rasters.

4.- En la opción Selector de Sistema de Referencia de Coordenadas se deberá seleccionar el Sistema de Coordenadas correspondiente al pais en donde se ubica la zona contenida en la imagen. Una vez definido el Sistema de Coordenadas, acceder a la opción Añadir Punto, luego hacer click allí y click sobre el primer punto de control.

5.- Ingresar los valores de las coordenadas X y Y del primer punto de control; ingresar al menos 3 puntos de controles mas. Una vez que se han ingresado los 4 puntos de controles requeridos acceder a la opción Configuración y allí se deberá seleccionar Configuración de la Transformación.

6.- Al hacer este procedimiento se despliega un cuadro de dialogo; en la opción Tipo de Transformación seleccionar Lineal, en la opción SER de Destino se deberá colocar el Sistema de Coordenadas y finalmente se deberá especificar el directorio en donde guardará la imagen georreferenciada y designarle un nombre. Aceptar

7.- Finalmente hacer click en la opción Comenzar Georreferenciado.

Autor:

Edgar José Alvarado Rivas

Lugar y fecha de realización del trabajo: Yaracuy, Venezuela, Julio del 2015