GENERACIN DE CURVAS DE NIVEL A PARTIR DEL MODELO DE ELEVACIONES ASTER GDEM

Diseo GeomtricoGermn Sura Castillo

Octubre 2012

INTRODUCCIN

Modelo ASTER GDEM

El mdulo espacial avanzado de emisiones trmicas y radimetro de reflexin (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer o ASTER de sus siglas en ingls) es un instrumento de imgenes a bordo del satlite Terra, perteneciente al Sistema de Observacin de la Tierra (EOS) de la NASA que fue lanzado en diciembre de 1999. ASTER es un esfuerzo cooperativo entre la NASA, el Ministerio de Economa, Comercio e Industria de Japn (METI) y Japan Space Systems (J-Spacesystems).

Los datos de ASTER son utilizados para crear mapas detallados de la temperatura de la superficie terrestre, la reflectancia y elevacin. El sistema de coordinacin de los satlites EOS, incluyendo el Terra, es un componente principal de la Direccin de Misiones Cientficas de la NASA y la Divisin de Ciencias de la Tierra. El objetivo de la Divisin de Ciencias de la Tierra de la NASA es el desarrollo de una comprensin cientfica de la Tierra como un sistema integrado, su respuesta al cambio, y a predecir mejor la variabilidad y las tendencias en el clima, el tiempo y los desastres naturales.

La NASA y el Ministerio de Economa, Comercio e Industria de Japn (METI), han diseado un nuevo mapa topogrfico digital: ASTER GDEM (ASTER Global Digital Elevation Model), creado a partir de casi 1,3 millones de imgenes estreo recogidas por ASTER. Este radimetro es uno de los cinco instrumentos de observacin de la Tierra que viajan a bordo del satlite Terra. ASTER recoge las imgenes del espectro visible y tambin las regiones de longitud de onda de las radiaciones trmicas infrarrojas, con resoluciones espaciales que van desde unos 15 a 90 metros.

Hasta ahora, el mapa topogrfico ms completo era el ofrecido por la Shuttle Radar Topography Mision de la NASA (SRTM), que abarcaba el 80% de la superficie de la Tierra. Sin embargo, los resultados de la misin no fueron muy precisos en el terreno escarpado y en algunas zonas desrticas. Esta misin cubra el 80% de la superficie de la Tierra, entre los 60 grados de latitud Norte y los 57 grados de latitud Sur. En cambio, ASTER GDEM ampla la cobertura a un 99%, entre los 83 grados de latitud Norte y los 83 grados de latitud Sur.

Caractersticas del Modelo

El DEM (Modelo Digital de Elevaciones) que se obtiene por ASTER GDEM se obtiene en formato Raster (imagen) y su resolucin es de 30 metros por pixel.

Se distribuye en cuadrngulos de 1 x 1 (111,11 Km x 111,11 Km aprox), en formato GeoTiff o Tiff Georreferenciado, en coordenadas geogrficas Lat/Long, con Datum WGS 84. El total de cuadrngulos para el Mundo es de 22.600.

Por la resolucin de la imagen se recomienda su uso para escalas entre 1:10.000 y 1:50.000, es decir se pueden obtener curvas de nivel con equidistancias entre 10 y 50 metros.

Con respecto a la informacin altimtrica, con ASTER GDEM se obtienen cotas elipsoidales.

PROCEDIMIENTO CON GLOBAL MAPPER PARA LA OBTENCIN DE MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES Y CURVAS DE NIVEL

Mediante el Software Global Mapper es posible obtener directamente las imgenes de ASTER GDEM mediante su mdulo de importacin y ajustar el rea donde se necesita la informacin. Para esto seleccionamos desde el men File->Download online Imagery/Topo/Terrain Maps

En la cuadro de dilogo que se abre estn las distintas opciones desde donde se pueden obtener imgenes y DEM, sean regionales o globales y gratuitas o de pago. Para este caso se selecciona ASTER GDEM Worldwide Elevation de la seccin WORLDWIDE DATA y se hace clic en OK. Otra opcin gratuita es SRTM Worlwide Elevation Data que presenta una resolucin similar a ASTER GDEM.

Adems en este cuadro se puede ajustar el rea que se quiere descargar, ingresando los lmites en latitud y longitud (specify Latitude/Longitude Bounds Area) o tambin mostrar la imagen global y ajustar posteriormente haciendo zoom (Entire Data Source Bounds).

En el caso de descargar la imagen completa el programa muestra todos los continentes en una imagen global. Se debe hacer zoom, dibujando rectngulos con la herramienta de lupa hasta llegar al rea que se necesita.

Luego de hacer zoom se puede revisar el nivel de acercamiento al rea seleccionada en el men View->Zoom To View in Google Earth y se ver el rea seleccionada en Google Earth (previamente abierto).

Para este ejemplo usaremos la zona de Tranque el Mauro de MLP.

Luego de seleccionar el rea procedemos a generar las curvas de nivel a partir del men File->Generate Contours.

Aparecer un cuadro de dialogo en donde principalmente se pueden configurar: el intervalo de las curvas de nivel (Contour Interval), el rango de elevaciones (Elevation Range), la resolucin, adems de los lmites (Contour Bounds) y el muestreo por rea (Gridding).

En la ficha Contour Bounds se selecciona la opcin Draw a Box y se dibuja un rectngulo del rea elegida para nuestras curvas de nivel.

Se da clic a OK y el programa comenzar a procesar la informacin y a generar las curvas de nivel.

De esta manera se obtienen curvas de nivel con escala 1:10.000, las cuales dan una aproximacin bastante cercana, comparadas con cartografa IGM 1:10.000. La diferencia entre ambas, como se mencion anteriormente es la referencia de la informacin altimtrica ya que las curvas obtenidas en ASTER GDEM son referidas al elipsoide WGS-84 y las cartas IGM son referidas al nivel medio del mar.

OTROS USOS

Con estas curvas es posible hacer anlisis de las pendientes por medio del programa Civil 3D, donde ilustrativamente nos indicar mediante colores los rangos de pendientes del terreno analizado.

Por lo tanto si necesitamos proyectar un camino con pendientes entre 0% y 12%, el anlisis mostrar de color rojo fuerte las zonas donde existen estas pendientes.

1 2 3 Comparaciones

A modo de anlisis haremos una comparacin entre las curvas de nivel generadas con el modelo ASTER GDEM y las curvas obtenidas mediante restitucin Laser.

La restitucin que se emplear es del sector de Tranque El Mauro de MLP. Esta restitucin a partir de un levantamiento Lidar est en escala 1:5.000, por lo que mostrar curvas con equidistancias de 5 metros.

Comparacin VisualEn primera instancia haciendo una comparacin de manera visual se observa que las curvas de nivel ASTER GDEM presentan la misma tendencia que las curvas 1:5.000 del Lidar. Obviamente las curvas de la restitucin laser presentan ms detalles en las formas de las curvas y se adapta ms al terreno existente, sin embargo las curvas obtenidas por ASTER GDEM muestran claramente la tendencia de la topografa del terreno.

Comparacin en relacin a la informacin altimtrica

Pero que las curvas se vean similares no es suficiente. Adems deben presentar una informacin altimtrica congruente para que su uso sea vlido. Como se ha mencionado anteriormente las cotas obtenidas del modelo ASTER GDEM son con referencia al elipsoide WGS-84, es decir cotas elipsoidales. Las curvas de la restitucin tambin son referidas al elipsoide WGS-84.

La precisin de las curvas ASTER GDEM con respecto a las de la restitucin Lidar es relativamente baja. En sectores se muestran concordantes pero en general se desfasan en su posicin. Esto se muestra en la siguiente imagen, donde las curvas 1.150, 1.160 y 1.170 son concordantes, en cambio las curvas 1.180 y 1.190 se observan desplazadas e incluso la curva 1.190 de ASTER GDEM se monta en la curva 1.195 de la restitucin Lidar.

Comparacin con curvas obtenidas a partir de la superficie de Google Earth

Tambin comnmente se extrae la informacin altimtrica de la superficie de terreno de Google Earth. A travs de Civil 3D se puede importar la superficie y generar las curvas de nivel. El problema que presenta este mtodo es que el muestreo que realiza Civil 3D es a partir de una cuadricula de elevaciones y las curvas generadas mantienen este orden cuadriculado, terminando en una presentacin que no se aproxima al terreno real.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Luego de efectuar las comparaciones entre las curvas ASTER GDEM en escala 1:10.000 y las curvas de una restitucin Lidar en escala 1:5.000 se puede apreciar que existe un gran acercamiento en las formas y en la informacin altimtrica, pero no se encuentran al nivel de detalle que entrega una restitucin Lidar a escala 1:5.000

La utilizacin de curvas de nivel generadas mediante el modelo de elevaciones ASTER GDEM entregan una aproximacin a la topografa, dentro del rango de escalas 1:10.000 a 1:50.000, por lo tanto la aplicacin de esta informacin altimtrica es recomendable emplearla en anlisis de manera preliminar y no deben ser consultados para proyectos en etapas ms avanzadas.

Tambin el modelo SRTM entrega precisiones cercanas a las del ASTER, tambin entregando informacin dentro del rango de escalas antes mencionado. Obtener curvas de nivel con este modelo se realiza de forma similar al descrito en este documento.

Estos modelos son gratuitos para todo usuario que necesite consultar esta informacin y estn a disposicin en formato raster, es decir en formato de imgenes. Estn georreferenciadas al sistema de coordenadas WGS-84, es decir en latitud y longitud.

INFORMACION Y REFERENCIAS

Web del proyectohttp://asterweb.jpl.nasa.gov/

Evaluaciones del modelo

Daniel Rozas Vsquez, Gonzalo Rebolledo Castro, Patricia Gutirrez Zamorano, Evaluacin de la calidad de los DEM SRTM y ASTER en una cuenca costera de la regin de la Araucana, bajo distintas condiciones de relieve y cobertura vegetal, Latin American Remote Sensing Week 2010, Regional ISPRS Conference.

Vctor H. Burgos. Evaluacin de ASTER GDEM y STRM-C/X para modelacin de la rotura de presa El Carrizal, Mendoza, 1er encuentro de Investigadores en Formacin en Recursos Hdricos, Instituto Nacional del Agua, Mendoza

Pedro Muoz Aguayo (2009), Evaluacin Modelo Digital de Elevacin Global Aster GDem, Centro de Informacin de Recursos Naturales (CIREN).