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MÓDULO I CARTOGRAFÍA DIGITAL Adolfo Pérez Heras – A. Carlos Pérez Martín XI CURSO DE CARTOGRAFÍA DIGITAL Y SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo Instituto Geográfico Nacional – Centro Nacional de Información Geográfica Centro de Formación de la Cooperación Española Santa Cruz de la Sierra (Bolivia) Diciembre de 2008 AECID IGN - CENIG 1 INTRODUCCIÓN Puede afirmarse que en la segunda mitad del siglo pasado se han producido a escala global los cambios más rápidos de la Historia de la Humanidad. La aceleración y magnitud de estos cambios ha llevado a algunos autores a hablar de Revolución Tecnológica y a compararla con la Revolución Industrial. La dificultad de adaptación a cambios tan rápidos y trascendentales crea, a veces, una sensación de duda que hace que se cuestionen ciertos principios que en épocas recientes eran tenidos por axiomas. Uno de los cambios tecnológicos más representativos se ha producido en el mundo de la informática, afectando de manera directa o indirecta al resto de las técnicas. Y el ámbito cartográfico no ha sido una excepción. Por un lado, la abundancia de información numérica estructurada como base de datos cartográficos, y explotada mediante sistemas de información geográfica permite acelerar de modo considerable operaciones que antes resultaban costosas, como por ejemplo el cálculo del movimiento de tierras de una gran obra civil. Pero también habilita la posibilidad de utilizaciones de la cartografía hasta ahora insospechadas, como puede ser la implantación en el ordenador de un automóvil de un sistema inteligente que indique al conductor itinerarios óptimos. Por otro lado, existe en el mercado gran cantidad de aplicaciones y maquinaría informática encaminada a la producción de cartografía clásica. No olvidemos que la cartografía es ciencia, técnica y arte, y su canal de comunicación por excelencia es el mapa impreso. El mapa impreso, si está bien concebido como producto de un análisis correcto del tema que se quiere representar y de la utilización eficaz de las variables visuales que en él aparecen, constituye un documento de aplicaciones tan amplias como las capacidades de análisis del lector lo permitan. Para el hombre de la calle (el excursionista que adquiere un mapa topográfico, el viajero que adquiere una guía de carreteras, etc.) la cartografía impresa es el único medio que le permite comunicarse con el objeto georreferenciable de su interés con economía, sencillez de uso y transportabilidad. Por consiguiente, es indispensable que hoy en día se sigan produciendo mapas impresos. Más mapas, mejor elaborados y más baratos, utilizando todas las herramientas a nuestro alcance. Hasta hace pocos años, el dibujo de un mapa se efectuaba mediante técnicas manuales de dibujo directo o grabado en plásticos, de los que se obtenían positivos para impresión, quedando limitado el trazado automático de cartografía a la posibilidad de dibujar elementos lineales. Para ello se utilizaban mesas trazadoras dotadas de un AECID IGN - CNIG 2 cabezal luminoso o de un útil de dibujo. Pero los últimos avances en los campos de la informática y de las artes gráficas han permitido el tratamiento interactivo de datos numéricos encaminado a la edición de mapas en ordenador y su posterior trazado directo en positivos fotográficos de gran calidad, utilizables por las máquinas de impresión Offset. Estos apuntes, material de trabajo para el curso de cartografía digital, pretenden dar una visión general sobre los distintos aspectos de la edición e impresión de mapas a partir de datos numéricos. No olvidando que la informática es una herramienta muy potente, pero una herramienta al fin y al cabo, nunca un fin en sí misma, y que los principios científicos y técnicos en los que se basa la cartografía no han variado, siendo por el estudio y clarificación de estos principios por donde tiene que empezar cualquier proyecto de redacción cartográfica, independientemente de los medios técnicos que se utilicen para llevarlo a término. AECID IGN - CENIG 3 ÍNDICE I. NOCIONES DE CARTOGRAFÍA TEÓRICA .............................................................................................................. 7 I.1 FIN QUE PERSIGUE LA CARTOGRAFÍA ......................................................................................................... 7 I.2 LAS BCN Y LOS SIG. DIFERENCIAS ENTRE BCN Y MAPA ........................................................................... 8 I.3 PARÁMETROS MATEMÁTICOS DE UN MAPA ................................................................................................ 9 I.3.1 GEOIDE Y ELIPSOIDE. DATUM. COORDENADAS GEOGRÁFICAS................................................... 10 I.3.2 PROYECCIONES. ANAMORFOSIS. COORDENADAS CARTESIANAS............................................... 12 I.3.3 ESCALA. FACTOR DE ESCALA............................................................................................................. 14 I.3.4 EL RELIEVE. CURVAS DE NIVEL. MODELO DIGITAL DEL TERRENO. SOMBREADOS................... 16 I.3.5 DECLINACIÓN. CONVERGENCIA......................................................................................................... 17 I.4 EL DISEÑO GRÁFICO COMO PARTE DEL DISEÑO CARTOGRÁFICO ....................................................... 18 I.4.1 ELEMENTOS GRÁFICOS. SIMBOLIZACIÓN......................................................................................... 18 I.4.2 ELEMENTOS VISUALES........................................................................................................................ 20 I.4.3 LOS SÍMBOLOS PUNTUALES. SU CLASIFICACIÓN............................................................................ 23 II. INTRODUCCIÓN A LA CARTOGRAFÍA DIGITAL ................................................................................................. 27 II.1 CARTOGRAFÍA ANALÓGICA Y DIGITAL....................................................................................................... 27 II.2 HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS PARA LA EDICIÓN DIGITAL ................................................................. 28 II.3 PROCESO GENERAL DE UN PROYECTO CARTOGRÁFICO ..................................................................... 30 II.4 CAPTURA DE ORIGINALES MEDIANTE BARRIDO AUTOMÁTICO............................................................. 35 II.5 VECTORIZACIÓN AUTOMÁTICA................................................................................................................... 38 II.6 CAPTURA DE ORIGINALES MEDIANTE DIGITIZACIÓN .............................................................................. 44 II.7 ELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO A UTILIZAR........................................................................................... 46 II.8 CODIFICACIÓN Y REFERENCIACIÓN DE LOS DATOS............................................................................... 47 II.9 EDICIÓN.......................................................................................................................................................... 48 II.10 TRAZADO DE VALIDACIÓN DE LA EDICIÓN.............................................................................................. 50 II.11 PASADO DEL MAPA A PLANCHAS OFFSET. PRUEBA DE CONTROL DE CALIDAD.............................. 52 II.12 ARCHIVO DE LA INFORMACIÓN DIGITAL.................................................................................................. 56 III. UN PROYECTO DE CARTOGRAFÍA. EDICIÓN ................................................................................................... 59 III.1 EL MAPA PROVINCIAL 1:200.000.................................................................................................................59 III.2 DESCRIPCIÓN Y CONTENIDOS DEL MP200 .............................................................................................. 59 III.2.1 ANTECEDENTES.................................................................................................................................. 59 III.2.2 PARÁMETROS MATEMÁTICOS .......................................................................................................... 60 III.2.3 GEOGRAFÍA FÍSICA............................................................................................................................. 60 III.2.4 GEOGRAFÍA HUMANA......................................................................................................................... 62 III.2.5 TOPONIMIA Y ROTULACIÓN............................................................................................................... 68 III.3 JUSTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD DE ESTA SERIE CARTOGRÁFICA NACIONAL .............................. 75 III.4 RECURSOS MATERIALES INFORMÁTICOS PARA LA EDICIÓN DIGITAL ................................................ 78 III.5 RECURSOS HUMANOS Y PLANIFICACIÓN ................................................................................................ 78 III.6 FUENTES DE INFORMACIÓN....................................................................................................................... 79 III.7 LA HERRAMIENTA INFORMÁTICA: CAD MICROSTATION ........................................................................ 84 III.7.1 DESCRIPCIÓN DEL CAD ..................................................................................................................... 84 III.7.2 ESTRUCTURA DE LA INFORMACIÓN ................................................................................................ 86 III.7.3 PROGRAMACIÓN DE COMANDOS DE USUARIO ............................................................................. 86 III.7.4 EJEMPLOS DE “USER COMMANDS”.................................................................................................. 88 III.8 CREACIÓN DE UN AMBIENTE DE TRABAJO.............................................................................................. 92 III.8.1 CREACIÓN DE UN ESPACIO DE TRABAJO Y UN PROYECTO PERSONALIZADOS ...................... 92 III.8.2 CREACIÓN DE UNA INTERFAZ PERSONALIZADA ........................................................................... 96 III.9 DESARROLLO DEL PROCESO DIGITAL ..................................................................................................... 99 III.9.1 ADAPTACIÓN DE LOS DATOS DE BCN200 AL PROYECTO........................................................... 100 III.9.2 TRATAMIENTO PREVIO DE LA PLANIMETRÍA Y LA ALTIMETRÍA ................................................. 102 III.9.3 PASO DE LA DE ESTRUCTURA BCN200 A LA DE MP200 .............................................................. 102 III.9.4 METODOLOGÍA DE TRABAJO SOBRE MENÚS DESPLEGABLES ................................................. 104 AECID IGN - CNIG 4 III.9.5 CASES DE PROVINCIAS COLINDANTES......................................................................................... 124 III.9.6 USOS DEL SUELO ............................................................................................................................. 127 III.9.7 OBTENCIÓN DIGITAL DEL SOMBREADO ........................................................................................ 128 III.9.8 VALIDACIÓN DE LA EDICIÓN Y CONTROL DE CALIDAD CARTOGRÁFICA ................................. 133 III.9.9 ELABORACIÓN DE LA CARTELA...................................................................................................... 136 III.9.10 ELABORACIÓN DEL ÍNDICE TOPONÍMICO ................................................................................... 137 III.9.11 TRAZADO DE LA SERIE .................................................................................................................. 138 III.9.12 LISTADO DE CÓDIGOS DE ELEMENTOS DEL MP200.................................................................. 142 III.10 PRÁCTICAS DE CREACIÓN DE MENÚS ................................................................................................. 148 III.11 PRÁCTICAS DE EDICIÓN ......................................................................................................................... 151 IV. TRAZADO ............................................................................................................................................................ 161 IV.1 EL TRAZADO AUTOMÁTICO...................................................................................................................... 161 IV.2 LOS MODELOS DE COLOR........................................................................................................................ 161 IV.3 ESTRUCTURA ORDENADA DE UN FICHERO .DGN ................................................................................ 166 IV.4 EL FORMATO RÁSTER............................................................................................................................... 167 IV.5 FORMATO PDF (Portable Document Format)............................................................................................. 170 IV.6 PROGRAMA DE DIBUJO IPLOT................................................................................................................. 171 IV.6.1 “PENTABLES”..................................................................................................................................... 171 IV.6.2 FICHEROS DE RECURSOS .............................................................................................................. 172 IV.6.3 ARRANQUE DEL PROGRAMA IPLOT............................................................................................... 180 IV.6.4 CREACIÓN DEL FICHERO DE PARÁMETROS (iparm).................................................................... 182 IV.6.5 GENERACIÓN DEL FICHERO “METAFILE” ...................................................................................... 183 IV.6.6 “SUBMISIÓN” DEL FICHERO “METAFILE”........................................................................................ 184 IV.7 “PENTABLES”: ESTRUCTURA Y SINTAXIS............................................................................................... 186 IV.7.1 FORMATO DE LAS “PENTABLES” .................................................................................................... 186 IV.7.2 COMENTARIOS.................................................................................................................................. 186 IV.7.3 SENTENCIAS DE ASIGNACIÓN........................................................................................................ 187 IV.7.4 SENTENCIAS CONDICIONALES....................................................................................................... 190 IV.7.5 LA UTILIDAD PENCK ......................................................................................................................... 193 IV.7.6 SISTEMA DE TRAZADO Y RESIMBOLIZACIÓN DE MICROSTATION ............................................ 193 IV.8 PRÁCTICAS DE TRAZADO EN “PLOTTER” DE INYECCIÓN.................................................................... 199 IV.9 OBTENCIÓN DE PLANCHAS CON SEPARACIÓN DE COLOR ................................................................ 217 IV.9.1 GENERACIÓN DEL MAPA.PDF DESDE INFORMACIÓN VECTORIAL ........................................... 219 IV.9.2 INTEGRACIÓN DE MAPA, CARTELA, LEYENDA E ISBN ................................................................ 224 IV.9.3 OBTENCIÓN DE LA PRUEBA DE COLOR........................................................................................ 225 IV.9.4 SALIDAS GRÁFICAS DEL PROCEDIMIENTO ..................................................................................226 IV.10 IMPRESIÓN DE LA SERIE ........................................................................................................................ 234 IV.10.1 PASADO DIRECTO A PLANCHA (CTP) .......................................................................................... 234 IV.10.2 PLANCHAS CON SELECCIÓN DE COLOR .................................................................................... 236 IV.10.3 IMPRESIÓN OFFSET....................................................................................................................... 237 IV.10.4 SECUENCIA DE IMPRESIÓN .......................................................................................................... 238 IV.10.5 ENCUADERNACIÓN ........................................................................................................................ 240 V. MAPAS A PARTIR DE UNA BASE ÚNICA.......................................................................................................... 243 V.1 PRODUCCIÓN MULTIESCALA Y MULTIPROPÓSITO ............................................................................... 243 V.2 GENERALIZACIÓN. CONCEPTOS Y OPERACIONES ............................................................................... 243 V.2.1 GENERALIZACIÓN DIRIGIDA A MAPA IMPRESO O DIRIGIDA A BCN............................................ 246 V.2.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA GENERALIZACIÓN .................................................................. 247 V.2.3 OPERACIONES CONVENCIONALES DE LA GENERALIZACIÓN .................................................... 248 V.3 GENERALIZACIÓN AUTOMATIZADA.......................................................................................................... 252 V.3.1 LA GENERALIZACIÓN EN EL ENTORNO DE LOS SIG .................................................................... 252 V.3.2 OPERADORES DE LA GENERALIZACIÓN Y ALGORITMOS ........................................................... 253 V.3.3 LIMITACIONES DE LA GENERALIZACIÓN AUTOMATIZADA........................................................... 255 V.3.4 LOS PROGRAMAS DE GENERALIZACIÓN ....................................................................................... 256 V.4 LA GENERALIZACIÓN DE LA TOPONIMIA................................................................................................. 257 V.4.1 LA ROTULACIÓN EN LOS MAPAS. CONCEPTOS BÁSICOS........................................................... 258 V.4.2 LA GENERALIZACIÓN AUTOMATIZADA DE LA TOPONIMIA .......................................................... 264 AECID IGN - CENIG 5 VI. CONCLUSIONES................................................................................................................................................. 299 VI.1 ADQUISICIÓN DE UN SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE CARTOGRAFÍA DIGITAL ................................. 299 VI.2 REFLEXIONES FINALES ............................................................................................................................ 301 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................................... 303 DIRECCIONES DE INTERNET ................................................................................................................................. 304 AECID IGN - CENIG 7 I. NOCIONES DE CARTOGRAFÍA TEÓRICA I.1 FIN QUE PERSIGUE LA CARTOGRAFÍA Se puede definir la Cartografía como el conjunto de estudios y operaciones científicas y técnicas que intervienen en la formación o análisis de mapas, modelos en relieve o globos, que representen la Tierra, o parte de ella, o cualquier parte del Universo. La Asociación Cartográfica Internacional define el concepto de mapa como la representación convencional gráfica de fenómenos concretos o abstractos, localizados en la Tierra o en cualquier parte del Universo. Una clasificación posible de los mapas en función de su escala y contenido sería: Mapas generales: - Mapas topográficos a escala grande, que describen accidentes naturales o artificiales del terreno. - Mapas cartográficos que representan grandes regiones. - Mapas del mundo entero. Mapas especiales: - Mapas políticos. - Mapas urbanos. - Mapas de comunicaciones. - Mapas científicos de diversas clases. - Mapas económicos y estadísticos. - Mapas turísticos. - Mapas artísticos o publicitarios. - Cartas para la navegación marítima y aérea. - Mapas catastrales a gran escala. En cualquier caso, un mapa aparece como un conjunto de dibujos, palabras escritas y signos de muy variado aspecto, a veces muy sencillo, como un croquis dibujado en un papel; otras muy complejo, impreso en muchos colores. Pero un mapa es siempre el esquema de una realidad, y su formación obedece a numerosos acuerdos y convenciones que deben conocerse para su correcta interpretación. Los elementos que configuran la elaboración de un mapa de una determinada realidad georreferenciable y como el posible usuario percibe esa realidad se pueden sintetizar, según el Modelo de Ratajski, en el esquema de la figura 1. Pudiéndose decir que el objetivo que persigue la cartografía es que el ángulo δ que aparece en dicha figura sea lo más pequeño posible. AECID IGN - CNIG 8 I.2 LAS BCN Y LOS SIG. DIFERENCIAS ENTRE BCN Y MAPA Una BCN, iniciales de Base Cartográfica Numérica, es, en esencia, un conjunto de datos numéricos del terreno y elementos georreferenciables que poseen cualidades topológicas. Una BCN se estructura como una base de datos en la que cada elemento, además de definirse por unos parámetros que nos dan su posición en un sistema de referencia, lleva asociados los atributos numéricos que nos definen cualitativamente el elemento en cuestión y como se relaciona topológicamente con los demás. De esta manera, a una BCN, a través de los programas informáticos adecuados, se le pueden hacer variadísimas preguntas de tipo geográfico o temático. Al conjunto formado por una BCN más los programas informáticos adecuados para realizar consultas a esta BCN y obtener respuestas se le denomina como Sistema de Información Geográfica o SIG. La representación gráfica de todos o algunos de los elementos que componen una BCN puede considerarse como un mapa, si bien, desde el punto de vista cartográfico, al tratarse de un mapa carente de simbolización, rotulación adecuada, colorido específico, etc., el ángulo δ de la figura 1 sería excesivamente grande. Los elementos que figuran en los mapas tienen una simbolización y una rotulación específicas, y, según la escala de representación, una generalización adecuada y una determinada composición estética (fig. 2). AECID IGN - CENIG 9 Por todo ello no podemos decir que la representación gráfica, sin modificación alguna, de una BCN sea un mapa fácilmente utilizable por un usuario común. Sólo a través de programas de simbolización y edición cartográfica se podrá obtener un mapa utilizable partiendo de la información contenida en una BCN. En la actualidad existen programas de SIG (PLTS FOR ARCGIS, GEOMEDIA) que ofrecen herramientas de edición y simbolización cada vez más potentes permitiendo la obtención de buenos mapas a partir de la información contenida en una BCN. De esta manera los SIG se constituyen en una herramienta cartográfica completa. I.3 PARÁMETROS MATEMÁTICOS DE UN MAPA Los problemas esenciales y evidentes que afectan a la representación de la superficie terrestre son dos. El primero está causado por la dimensión de la superficie terrestre, que es mucho mayor que la que puede emplearse para su representación. El segundo consiste en que la superficie de representación, si excluimos globos y maquetas, generalmente es plana, mientras que la superficie terrestre no lo es. El primer problema conduce al concepto de escala; el segundo se desdobla en dos aproximaciones:los métodos de representar el relieve y los métodos de proyección cartográfica. AECID IGN - CNIG 10 Para confeccionar un mapa partiendo de la toma de datos en el terreno la secuencia de operaciones que conducen desde el mismo terreno hasta el mapa que lo representa se puede sintetizar, desde el punto de vista matemático, en los apartados que se exponen a continuación. I.3.1 GEOIDE Y ELIPSOIDE. DATUM. COORDENADAS GEOGRÁFICAS Todo el conjunto de medidas efectuadas para la confección de un mapa, sean del tipo que sean, que se llevan a cabo sobre la superficie de la Tierra, están influidas por la irregular distribución de la masa terrestre que afecta a la dirección de la gravedad y por tanto a la determinación de la vertical de cada lugar. Debido a esto todas las observaciones terrestres se efectúan sobre una figura irregular llamada geoide, que se define como la superficie equipotencial respecto a la fuerza de gravedad al nivel medio del mar, y en la que la dirección de la gravedad es perpendicular en todos los lugares. El geoide coincide con la superficie media del mar en sus partes oceánicas y está por debajo de la corteza terrestre en las zonas continentales. La diferencia entre la superficie terrestre y el geoide es consecuencia de la irregular distribución de montañas y depresiones (fig. 3). El geoide también está afectado por el movimiento de rotación de la Tierra, que le produce un abombamiento en la región ecuatorial y un achatamiento en las regiones polares. Para determinar la forma del geoide es necesario medir la gravedad en numerosos puntos de la Tierra. Las secciones del geoide son curvas irregulares aunque aproximadamente circulares. Pero para elaborar los mapas con precisión deberá utilizarse una superficie geométrica regular. Las observaciones realizadas sobre el geoide habrá que transferirlas, pues, a una figura regular que más se aproxime a él. Siendo ésta el elipsoide, figura geométrica engendrada por la revolución de una elipse sobre su eje menor. En geodesia clásica, para efectuar los cálculos de paso del geoide al elipsoide, se hace coincidir tangencialmente a éste con el geoide en un punto llamado datum. A medida que sucesivas observaciones van proporcionando un conocimiento más exacto del geoide, se calculan elipsoides que se adaptan mejor al geoide. Hay dos opciones a la hora de elegir un elipsoide: optar por uno que se ajuste lo más posible al geoide en la zona que queremos representar en un mapa; u optar por un elipsoide que, aunque no se ajuste óptimamente al geoide en la zona que nos interesa, sea el que mejor se ajusta al geoide AECID IGN - CENIG 11 en su totalidad. Está claro que la primera opción es más precisa, pero localista; mientras que la segunda opción sacrifica la precisión en aras de una homogeneidad internacional. Últimamente, como figuras geométricas más próximas al geoide que los elipsoides de revolución, se han ideado los elipsoides triaxiales o de tres ejes. En estas figuras el ecuador, en vez de un círculo, es una elipse, de la que además de conocerse la medida de sus ejes es necesario conocer la posición de éstos. Para la determinación de estos valores se recurre a los datos aportados por los satélites artificiales, dando origen a la Geodesia Espacial. Las modernas observaciones basadas en satélites artificiales GPS (iniciales en ingles de “Global Position System”) dan como resultado coordenadas geocéntricas, sobre un elipsoide, de los puntos en que se hace la observación. En la actualidad se está utilizando como sistema de referencia el elipsoide WGS84 (World General System referido al año 1984) por acuerdo de la UGGI (Unión Geodésica y Geofísica Internacional). Las distancias entre el geoide y los elipsoides no son grandes. En ocasiones estas diferencias son positivas, y en otras negativas, siendo lo común que el elipsoide este por debajo del geoide en las zonas continentales y por encima en los océanos (fig. 3). La figura 4 representa, mediante curvas de nivel, la ondulación del geoide (diferencias entre el geoide y el elipsoide) de la Unión Astronómica Internacional. Una vez que se tengan todos los datos situados sobre un elipsoide, se podrán referir a un sistema geográfico de localización. Está internacionalmente aceptado el sistema formado por una red de paralelos y meridianos que permiten determinar la posición de un punto en la Tierra mediante sus coordenadas geográficas: latitud y longitud. Utilizando como origen de latitudes el Ecuador del elipsoide y como origen de longitudes el meridiano de Greenwich o meridiano 0° del elipsoide. AECID IGN - CNIG 12 I.3.2 PROYECCIONES. ANAMORFOSIS. COORDENADAS CARTESIANAS Pero un elipsoide no es una figura desarrollable en un plano. Para poder representar una zona de la superficie terrestre en un plano con las menores deformaciones posibles se acude al auxilio de las proyecciones cartográficas y a los sistemas de representación cartográfica. Las primeras son las que establecen por métodos geométricos una correspondencia biunívoca entre los puntos del terreno proyectados sobre el elipsoide y los del mapa; los segundos son los que establecen la mencionada correspondencia por métodos analíticos. No obstante, en el lenguaje corriente se llama proyección cartográfica a cualquier método que represente la superficie terrestre en un plano, ya sea de forma geométrica o analítica. Cualquier proyección o sistema de representación cartográfica introduce deformaciones a la hora de representar el terreno. Aunque estas deformaciones pueden afectar a infinidad de características, como por ejemplo el paralelismo de los paralelos, la convergencia de los meridianos, las intersecciones perpendiculares de paralelos y meridianos, los polos representados como elementos puntuales, etc., las alteraciones más importantes son aquellas relacionadas con ángulos, superficies y distancias. Las proyecciones que no deforman los ángulos se denominan conformes. Las proyecciones conformes mantienen los ángulos alrededor de puntos, o lo que es lo mismo, las líneas en el elipsoide forman al cortarse el mismo ángulo que sus representaciones en el plano (el ángulo de dos curvas que se cortan es el ángulo de sus tangentes). Las proyecciones no conformes tendrán anamorfosis angular (diferencia entre el ángulo en la proyección y el ángulo real). Otras proyecciones conservan la superficie de cualquier figura en todas las regiones, recibiendo el nombre de equivalentes. Las proyecciones no equivalentes presentan anamorfosis superficial (cociente entre una superficie en el mapa y la superficie real). Por su propia definición una proyección no puede ser a la vez equivalente y conforme. Así, todas las proyecciones conformes presentarán regiones similares con tamaños desiguales y todas las equivalentes deformarán la mayoría de los ángulos. La conservación de las distancias en las proyecciones cartográficas sólo se puede mantener a lo largo de determinadas líneas que se denominan automecoícas, o en direcciones que parten de determinados puntos diciéndose entonces que la proyección es equidistante. La deformación de las distancias en zonas en que estas no se conservan se denomina anamorfosis lineal. Una clasificación geométrica de las proyecciones nos lleva a considerar si el paso del elipsoide al plano se hace directamente o por intermedio de un cono o un cilindro (fig. 5). En el primer caso se habla de proyecciones planas o perspectivas; en el segundo, de desarrollos. AECID IGN - CENIG 13 Dentro de cada grupo se puede distinguir si se trata de una proyección geométrica propiamente dicha, o de una representación analítica, y dentro de las primeras si se ha proyectado geométricamente según rectas paralelas o rectas concurrentes en un punto. También puede considerarse en el caso de las proyecciones sobre un plano, si éste es tangente o secante en un polo delelipsoide, en un punto de su ecuador o en un punto cualquiera. En los casos de proyecciones cónicas o cilíndricas se podrá también distinguir si el cono o cilindro es tangente o secante a la superficie del elipsoide (fig. 6). Análogamente, según la posición del eje del cono o del cilindro se les llama polares, transversas y oblicuas. AECID IGN - CNIG 14 Entre la gran cantidad de proyecciones existentes cada país ha adoptado tradicionalmente la que mejor se ajusta a su territorio, siendo muy común la utilización de la proyección cónica conforme de Lambert. Sin embargo, actualmente, muchos países están utilizando la proyección UTM (iniciales en ingles de Universal Transverse Mercator). Se trata de una proyección analítica conforme sobre un cilindro tangente a un meridiano. Pero su “universalidad” se logra empleando distintos cilindros, correspondientes a varios meridianos, separados entre sí 6°. Esto da lugar a 60 husos de 6° de anchura. Los casquetes polares no se representan en UTM, quedando limitado el empleo de este sistema de representación a latitudes menores de 80° (fig. 7). Cuando se tiene una zona de la Tierra representada mediante una proyección cartográfica, cualquier punto de la proyección se puede localizar fácilmente por su longitud y latitud, pero como las fórmulas de la geometría plana son mucho más sencillas que las de la geometría esférica, resulta más sencillo localizar puntos en los mapas mediante un sistema de coordenadas cartesianas, entendiendo que estas coordenadas se aplican a la superficie plana de la proyección y no a la superficie sobre el elipsoide. Cada proyección tiene su sistema de coordenadas cartesianas: “X”, “Y” con un determinado origen, que varía según la zona representada. Por ejemplo, la proyección UTM, dentro de cada huso de 6° (que se numeran a partir del antimeridiano de Greenwich, en sentido de Oeste a Este), sitúa el origen de las abscisas en el Ecuador, y el origen de las ordenadas en una recta paralela al meridiano central del huso situada a 500 kilómetros al Oeste. De esta manera, para facilitar la localización de puntos, los mapas suelen llevar impresa la cuadricula correspondiente a su sistema de representación cartográfico; se habla, así, de cuadricula Lambert, o cuadricula UTM. I.3.3 ESCALA. FACTOR DE ESCALA Como los mapas son necesariamente menores que las áreas que representan, para poder utilizarlos hay que indicar la razón o proporción entre medidas comparables. AECID IGN - CENIG 15 En general se considera la escala de un mapa como la razón entre una distancia en el mapa y la distancia correspondiente en la Tierra proyectada sobre una superficie de referencia, normalmente un elipsoide. La distancia en el mapa es considerada siempre como la unidad. La escala de un mapa puede expresarse de las siguientes formas: - Escala numérica: es una simple fracción o razón. Puede indicarse como 1:200.000 o 1/200.000. Ello significa que siguiendo líneas concretas 1 mm. o 1 cm. sobre el mapa representa 200.000 mm. o 200.000 cm. respectivamente sobre el terreno (proyectado sobre una superficie de referencia). - Escala verbal: es una expresión verbal de la distancia en el mapa en relación con la distancia en la Tierra (proyectada sobre una superficie de referencia) expresadas ambas en unidades usuales. Por ejemplo, en un mapa de escala numérica 1:200.000 se dice que 1 mm. representa 200 m. - Escala gráfica lineal: Es una línea o barra situada en el mapa, a menudo en la carátula explicativa o en el margen de la hoja, que se ha subdividido para indicar las longitudes sobre el mapa de las unidades que se utilicen para medir distancias terrestres. Normalmente un extremo de esta barra está mucho más dividido, de modo que el usuario pueda medir las distancias con mayor precisión (fig. 8). Pero, como debido a la representación plana de la superficie terrestre mediante una proyección cartográfica, la escala de un mapa no es la misma en todas direcciones, a veces se representan, en determinados mapas, unas escalas gráficas de tipo múltiple, que, por ejemplo, van variando según la latitud que se considere (fig. 9). - Escala de superficies: se refiere a la razón de superficie en el mapa con relación a la de la Tierra (referida a una superficie de referencia). Se suele utilizar cuando la superficie terrestre se ha pasado al plano mediante una proyección equivalente (conserva las áreas en todas las regiones). Se expresa diciendo que 1 unidad de superficie (cm2, mm2, etc.) es proporcional a un número concreto de las mismas unidades sobre la Tierra, por ejemplo 1:200.0002. También puede mostrarse gráficamente la escala de las superficies a través de un cuadrado que represente un determinado número de km2. AECID IGN - CNIG 16 Al no ser posible transformar la superficie terrestre en un plano sin que se produzcan deformaciones, la escala numérica de un mapa sólo se ajusta a la realidad en puntos concretos o a lo largo de determinadas líneas; en los demás lugares la escala real del mapa será mayor o menor que la escala numérica. La expresión de la relación entre la escala real y la escala numérica en un punto se denomina factor de escala. En mapas a gran escala (cuanto más pequeño es el denominador de la escala numérica mayor es la escala del mapa) los factores de escala se aproximan mucho a la unidad, y varían muy poco de un lugar a otro. No obstante, en muchos mapas de gran escala se suele indicar en su carátula explicativa o en un margen el factor de escala para el centro de la hoja. Multiplicando el factor de escala de una determinada zona por la escala numérica del mapa se obtiene la escala real de esa zona. Cuando partiendo de datos numéricos se edita un mapa con el auxilio de la informática, estos datos tienen, en el ordenador, dimensiones reales. Es decir, las distancias entre los puntos que componen el mapa tienen las dimensiones reales del terreno en la proyección que se esté utilizando. Esto lleva a veces a la conclusión errónea de que, cuando se tienen los datos numéricos de un mapa dentro de un sistema informático de edición cartográfica, no tenemos más que variar la escala del trazado del mapa en la salida de un trazador, para tener de esta manera el mapa a cualquier escala que se desee. Desde ahora mismo hay que dejar claro el concepto de lo que se podría llamar “escala de los datos”, que viene a ser la precisión y abundancia con que se tomaron los datos que compondrán el mapa, y que siempre irá en función de la escala a que se quiere representar el terreno. De esta manera, si se tomaron datos para un mapa que se quiere representar a escala 1:200.000, se podrán hacer salidas de trazador a escalas mayores, pero ni se conservará la precisión del mapa ni habrá suficientes datos para definir la realidad representada. Si partiendo de los mismos datos se quisieran hacer salidas de trazador a escala menores, tampoco obtendríamos buenos resultados al ser la cantidad de información excesiva, requiriéndose para esta operación efectuar unos trabajos previos de generalización y selección de la información que deberá figurar en el mapa. I.3.4 EL RELIEVE. CURVAS DE NIVEL. MODELO DIGITAL DEL TERRENO. SOMBREADOS Las altitudes que figuran en los mapas están referidas al geoide y tienen como cota cero la del nivel medio del mar en un punto concreto. Cada país ha adoptado un determinado punto para fijar la superficie de referencia de las altitudes, siendo este un dato que obligatoriamente tiene que figurar en la información marginal del mapa. A lo largo de la historia de la Cartografía se han empleado numerosos sistemas para representar el relieve del terreno (normales, tintas hipsométricas, sombreados, etc.), pero está universalmente admitido el sistema de puntos acotados con curvas de nivel (fig. 9a) que son líneas que, a igual AECID IGN - CENIG 17 distancia vertical entre cada dos consecutivas,unen puntos de igual cota. La separación vertical existente entre dos curvas de nivel consecutivas es la equidistancia, que se adoptará, para un determinado mapa, en función de su escala y de la importancia del relieve (a menor escala mayor equidistancia, a mayores pendientes mayor equidistancia, y viceversa). La equidistancia es un dato que deberá figurar en los márgenes del mapa. Las curvas de nivel proporcionan información cuantitativa (indicación métrica de las altitudes) e información cualitativa (apreciación visual sobre las variaciones de pendiente y la morfología del terreno). Sin embargo se requiere una cierta soltura en la lectura de mapas para obtener claramente de un vistazo la información cualitativa facilitada por las curvas de nivel, soltura que no se puede exigir a los potenciales usuarios no profesionales del mapa, que constituyen la inmensa mayoría. Por ello, es muy recomendable imprimir sobre las curvas de nivel un sombreado, que da una sensación muy plástica de las formas del relieve y suministra información intuitiva sobre las pendientes del terreno (no sobre su altura). En cartografía analógica estos sombreados se hacían a mano con aguadas o aerógrafo por personas muy expertas, capaces de analizar la morfología del terreno. Pero este sistema encarecía la elaboración del mapa, y al depender de la subjetividad de la persona que lo realizaba no resultaba homogéneo entre las distintas hojas de una misma serie cartográfica. La cartografía digital ha solucionado estos problemas al permitir la obtención de sombreados de manera automática mediante programas informáticos específicos que trabajan partiendo del modelo digital del terreno referido a las altitudes. A la representación numérica (digital) del territorio se la conoce como Modelo Digital del Terreno (MDT) pudiéndosele definir como el conjunto de datos numéricos que describe la distribución espacial continua de una característica cuantitativa del territorio (Doyle, 1978). Esta variable continua puede ser la altitud, la temperatura, el índice de precipitaciones, etc. Los programas informáticos necesarios para realizar los sombreados utilizan el MDT referido a la variable altitud, conocido como Modelo Digital de Elevaciones (MDE). En cualquier caso, la decisión de incluir un sombreado en un mapa siempre estará supeditada a su escala y propósito. I.3.5 DECLINACIÓN. CONVERGENCIA Por último, los mapas a gran escala también llevarán como información en uno de sus márgenes, o en la carátula, la indicación de la dirección del Norte Geográfico (dirección marcada por los meridianos del mapa), la dirección del Norte magnético (la dirección marcada por las brújulas) y la dirección del Norte de la Cuadrícula (la dirección de las ordenadas de la cuadricula cartesiana de la proyección). Estas tres direcciones de norte formarán entre sí unos ángulos que variarán de unas zonas a otras. La dirección del Norte Geográfico y la del Norte Magnético, cuando no coinciden, forman un ángulo llamado declinación magnética, que deberá figurar en el mapa como dato para el centro de la hoja, en una determinada fecha. Y como la declinación magnética varía con el tiempo, habrá que incluir también el valor de su variación anual. El ángulo que forman la dirección del Norte Geográfico y el Norte de AECID IGN - CNIG 18 la Cuadrícula recibe el nombre de convergencia de la cuadricula, y será otro dato que los mapas deberán llevar al margen (fig. 10). I.4 EL DISEÑO GRÁFICO COMO PARTE DEL DISEÑO CARTOGRÁFICO Los mapas se realizan teniendo en cuenta el objetivo fundamental de transmitir información geográfica, y los procesos de recogida de datos, elección de la escala y proyección, simbolización y diseño gráfico, se enfocan en función de conseguir este fin, constituyendo todos ellos el diseño cartográfico del mapa. Dentro del diseño cartográfico el diseño gráfico es una parte vital de la cartografía, debido a que una comunicación efectiva requiere que los diversos signos (líneas, tonos, colores, rótulos, etc.) se hayan elegido con cuidado y presenten una armonía de conjunto. La cartografía automatizada y asistida por ordenador ha tenido un gran impacto en la realización de mapas, pero con mayor fuerza en cuanto a exactitud, velocidad de ejecución, coste, agilización de tareas tediosas y flexibilidad. Sin embargo, diversos aspectos del diseño gráfico se han visto afectados, unas veces de modo positivo y otras negativo. En el lado positivo, se ha conseguido una mayor flexibilidad de procedimientos y una mayor sencillez en la realización de cambios, lo que ha facilitado el desarrollo de prototipos y el ensayo de nuevas opciones de diseño. En el lado negativo, debido a la dificultad de realizar una gran organización gráfica, se ha tendido a simplificar la simbología, resultando algunos mapas bastante pobres, con un mínimo de información geográfica asociada. I.4.1 ELEMENTOS GRÁFICOS. SIMBOLIZACIÓN Existen muchas formas distintas de simbolizar (es decir, codificar) los datos geográficos, conceptos y relaciones que aparecen en un mapa, pero con el fin de considerar como pueden utilizarse los signos para simbolizar la variedad de datos, es útil clasificarlos. Podemos reconocer cuatro clases de elementos gráficos: Puntos, líneas, zonas y rótulos. AECID IGN - CENIG 19 - Símbolos puntuales: son signos individuales, utilizados para representar datos posicionales o de lugar no representables en su dimensión real a la escala del mapa; como por ejemplo ciudades, la altura de un lugar, edificaciones singulares, el centro de alguna distribución, o un volumen en un lugar, como la población de una ciudad. A pesar de que un signo puntual pueda abarcar una cierta cantidad del espacio cartográfico, siempre será un símbolo de punto por referirse a una localización concreta. - Símbolos lineales: son signos lineales individuales utilizados para representar datos geográficos que tienen una realidad lineal (carreteras, ríos, ferrocarriles, etc.), o para representar datos puntuales que tienen una misma cualidad (las curvas de nivel son líneas utilizadas para representar puntos de igual elevación). - Símbolos zonales: son signos superficiales que se extienden sobre una determinada superficie del mapa para indicar que tal región posee algún atributo común, como por ejemplo agua, jurisdicción administrativa, un mismo cultivo, o alguna característica que se pueda medir. Cuando se utiliza de este modo, un símbolo zonal se extiende de manera uniforme sobre la superficie que representa. Otro tipo de signo zonal está formado por símbolos no uniformes, como por ejemplo una variación tonal, para representar variaciones continuas de algún fenómeno de un lugar a otro. A este tipo de símbolo zonales pertenecen los sombreados del relieve, que dan una idea de las pendientes del terreno (no de su altura). - Los rótulos como símbolos: los rótulos que aparecen en un mapa además de cumplir una labor informativa, al designar mediante el lenguaje escrito a los elementos del mapa, tienen también un valor muy importante como símbolo, ya que mediante la distinta tipografía pueden dar información cualitativa y cuantitativa de los elementos a los que nombran de manera verbal. Por ejemplo, mediante el distinto tamaño de los rótulos se puede indicar el número de habitantes de los núcleos de población, de la inclinación de determinados rótulos se puede deducir si se refieren a elementos naturales o artificiales del mapa, o con la forma de algunos rótulos se describe la conformación del elemento al que designan, como en el caso de los rótulos de los accidentes orográficos. Cuanto más elaborado y complejo sea un mapa más serán los elementos a tener en cuenta a la hora de elegir una rotulación; pero en general existen por lo menos seis puntos a considerar: 1- El tipo de la fuente (arial, courier, etc.). 2- El estilo de la fuente (mayúsculas, minúsculas,vertical, cursiva, etc.). 3- El tamaño de la fuente. 4- E1 color de los rótulos. 5- El contraste entre rótulos y fondo. 6- La ubicación de los rótulos. AECID IGN - CNIG 20 La figura 11 muestra algunos ejemplos de la gran variedad de símbolos puntuales, lineales y zonales utilizados para representar algunos tipos de datos nominales, ordinales y de valores de intervalo. I.4.2 ELEMENTOS VISUALES Las tres clases de símbolos, junto con los rótulos, componen los elementos gráficos básicos de la representación cartográfica; pero con el fin de representar los distintos datos de un modo significativo, se debe variar el aspecto de los símbolos mediante la utilización de lo que se podría denominar elementos visuales básicos, que son: - El color: el color es una percepción visual muy importante y compleja, pero se puede decir que todos los colores vienen dados por la combinación de tres cualidades, también llamadas dimensiones del color: el tono, la luminosidad y la saturación. El tono es la propiedad del color que se asocia con las diferentes longitudes de onda de la luz. Cuando describimos algo como rojo, verde o amarillo, estamos describiendo su tono. Algunos tonos se describen como primarios debido a que todos los demás colores pueden ser obtenidos mediante una mezcla adecuada de ellos. La luz azul, verde y roja se denomina mezcla primaria aditiva, debido a que todos los demás AECID IGN - CENIG 21 colores pueden obtenerse mediante la combinación de la luz emitida por estos tres colores (es el sistema que utilizan los tubos de televisión para reproducir imágenes en color. Fig. 12). La mezcla primaria sustractiva son el cyan (azul verdoso), el magenta (rojo púrpura) y el amarillo. Mezclando estos colores sobre un papel e iluminándolos con luz blanca absorben o sustraen ciertas longitudes de onda; las que se reflejan hacia el observador son las longitudes de onda restantes con las que se obtienen los demás colores (es el sistema empleado en impresión. Fig. 13). La luminosidad o valor es la sensación de claridad u oscuridad de un tono uniforme. Esta cualidad viene dada por la cantidad de color que se aplica sobre una misma superficie, y es la que percibimos, por ejemplo, al observar una gama de grises (fig. 14). En cada área de la gama el tono empleado es el mismo (el negro), lo que varía de unas a otras es la cantidad de color empleada. La saturación, intensidad o viveza de un color es una cualidad que tiene que ver con su pureza. Se puede decir que esta cualidad esta relacionada con la cantidad de blanco o gris que mezclamos con un determinado AECID IGN - CNIG 22 tono. Al hacer esta mezcla no se puede decir que el color varíe, sin embargo, según la cantidad de blanco o gris empleados, se obtendrán intensidades de color distintas, mas o menos vivos o apagados (fig. 15). - El brillo: como cualidad gráfica se refiere a la oscuridad o claridad de un signo, ya sea este negro o de cualquier otro color. - El tamaño: los signos varían de tamaño (diámetro, área, anchura, altura, etc.) Normalmente, el tamaño de los símbolos va asociado a su importancia. - La forma: la forma es la característica gráfica proporcionada por el aspecto distintivo de una figura regular, como por ejemplo un círculo o un triángulo; el perfil de un área irregular, como por ejemplo un estado o una isla; o el contorno de una característica lineal, como un río o una zona costera. - El espaciado: cuando se diseña un signo mediante una determinada disposición de marcas, como por ejemplo una serie de puntos o líneas, su espaciado puede ser variado. A veces, variando el espaciado se pretende dar una idea cuantitativa o cualitativa del elemento representado. - La orientación: la orientación se refiere a las disposiciones direccionales de una señal individual, o de las líneas paralelas encuadradas dentro de algún elemento o referidas a los límites del mapa. - La ubicación: la ubicación sobre el mapa se aplica en general únicamente a aquellos componentes que pueden desplazarse, como por ejemplo los rótulos. Las ubicaciones de la mayoría de los símbolos vienen obligadas por su situación en el terreno y son inamovibles. Los elementos visuales se pueden combinar de infinidad de maneras para una correcta comunicación de los contenidos del mapa. En la figura 16 se han agrupado según se aplican a los elementos gráficos puntuales, lineales y zonales. AECID IGN - CENIG 23 I.4.3 LOS SÍMBOLOS PUNTUALES. SU CLASIFICACIÓN Los símbolos puntuales intentan referenciar fenómenos cuyas dimensiones no son representables a la escala del mapa. Dentro de toda la simbología de un mapa el diseño de símbolos puntuales constituye el mayor reto para el cartógrafo. No hay que olvidar que los mapas son un instrumento de comunicación visual repletos de símbolos que pueden ser observados por multitud de usuarios con diferentes procedencias, culturas, creencias, nivel de conocimientos, etc. lo que dificulta el proceso de asociación mental de una idea a un símbolo. En general el grado de simbolización puntual de un mapa depende de dos factores: - La escala del mapa: en escalas grandes los símbolos puntuales afectarán a elementos que tengan una localización casi puntual sobre el terreno (pozo, vértice geodésico, entrada de una cueva, etc.), mientras que en escalas pequeñas podrán designar a elementos con una cierta entidad superficial (aeropuertos, hospitales, cascos de población, etc.). Vemos, pues, que la escala del mapa es determinante a la hora de decidir qué elementos se tendrán que representar mediante símbolos AECID IGN - CNIG 24 puntuales y cuales no. Por regla general, cuanto más pequeña sea la escala de un mapa mayor carga simbólica puntual llevará aunque la cantidad de símbolos puntuales depende también de la utilidad que se quiera dar al mapa - La utilidad del mapa: la cantidad de símbolos puntuales depende también del fin para el que se ha creado el mapa y a que usuarios va dirigido. En un mapa topográfico técnico el grado de simbolización será más bajo que en un mapa excursionista o turístico o temático. El nivel de representación de un símbolo puede medirse según el grado de asociación instantánea que el usuario del mapa tenga al ver el símbolo en cuestión: si al observar un determinado símbolo el usuario reconoce inmediatamente el concepto correcto que el símbolo representa, estaremos hablando de un grado de asociación alto; por el contrario, si el usuario no es capaz de asociar símbolo y concepto, estaremos ante un grado de asociación inexistente. La cartografía ha establecido una clasificación que divide en tres grandes grupos los símbolos puntuales respecto a su forma: - Símbolos pictóricos: son los que más alto grado de asociación tienen, ya que la tendencia a la hora de diseñar el símbolo es la de realizar representaciones muy evocadoras del concepto original, incluso de tipo realista (en teoría no sería necesaria una leyenda para su comprensión). Este tipo de símbolos son recomendables para usuarios sin especial preparación cartográfica, aunque presentan inconvenientes técnicos, entre los cuales se encuentran una mayor complejidad de realización, un peor comportamiento en las reducciones de tamaño y un menor factor de precisión en la ubicación del fenómeno cartográfico. - Símbolos geométricos: tienen un grado menor de asociación que los anteriores (normalmente necesitan de una leyenda para ser reconocidos) ya que reducen los rasgos significativos del fenómeno a representar a símbolos realizados mediante formas geométricas. Este tipo de símbolos son menos complejos, más flexibles en cuanto a procesos de AECID IGN - CENIG 25 reducción de tamaño y con mayor capacidad de precisión en la ubicación del elemento representado. - Símbolos literales: están formadospor caracteres alfanuméricos, usualmente iniciales de palabras que hacen referencia directa al concepto que intentan representar. El problema más grave de estos símbolos es que el concepto no está representado mediante una abstracción simbólica, sino por un carácter que tiene todavía más restricciones de tipo cultural que los dos anteriores grupos ya que, evidentemente, la letra del símbolo hace referencia a una palabra en un idioma determinado que el usuario del mapa no tiene porqué conocer. En los mapas podemos encontrar símbolos que pertenezcan a una sola de las categorías que se acaban de ver o símbolos que son combinaciones de todas o algunas de ellas, por lo que el símbolo resultante disfrute y sufra de las ventajas y los inconvenientes que cada una de las categorías le aporte. AECID IGN - CENIG 27 II. INTRODUCCIÓN A LA CARTOGRAFÍA DIGITAL II.1 CARTOGRAFÍA ANALÓGICA Y DIGITAL Se considera cartografía analógica a los mapas obtenidos por procedimientos gráficos, sean los que sean, y por extensión a todo el conjunto de operaciones destinadas a la obtención de la información en soporte gráfico con la que se confecciona el mapa. En la cartografía analógica el propio mapa impreso o los positivos fotográficos que se emplean para su obtención constituyen los documentos finales donde queda guardada la información cartográfica. Cualquier corrección, modificación o puesta al día de la cartografía analógica se realiza actuando sobre los documentos gráficos que contienen la información. Se puede definir la cartografía digital como el conjunto de operaciones con las que, partiendo de datos numéricos obtenidos por cualquier procedimiento, se elabora un mapa trabajando sobre un ordenador con la ayuda de programas específicos de diseño gráfico. En la cartografía digital todo el proceso de elaboración del mapa, desde la captura de datos hasta la obtención de los positivos con los que se lleva a cabo la impresión del mapa en papel, se realiza en soporte digital. Con independencia de que de la cartografía digital se obtenga un mapa impreso en papel, toda la información del mapa es de tipo numérico, y en este formato es como queda almacenada. Cualquier actuación posterior sobre la información que contiene el mapa se hará sobre su formato numérico. De estas someras definiciones de la cartografía analógica y digital se pueden deducir las ventajas e inconvenientes de esta sobre aquella. Ventajas de la cartografía digital sobre la analógica: - Eliminación de procesos laboriosos. - Agilización de la redacción de proyectos, actualizaciones, modificación, etc. - Velocidad de ejecución. - Fácil manipulación. - Indeformabilidad del mapa. - Fácil tratamiento geométrico de la información. - Posibilidad de un uso selectivo de la información. - Fácil paso de la información a cualquier sistema de representación cartográfica. - Fácil realización de copias de seguridad. - Posibilidad de efectuar salidas del mapa en soporte digital (CD-ROM, DVD). - Posibilidad de trasvasar datos a un Sistema de Información Geográfico (SIG). - Fácil almacenamiento. AECID IGN - CNIG 28 Inconvenientes de la cartografía digital sobre la analógica: - Necesidad de costosos equipos informáticos (“hardware”). - Necesidad de un soporte lógico (“software”). - Necesidad de bases de datos cartográficos en formato digital compatible. - Necesidad de operadores con conocimientos cartográficos e informáticos. Como puede verse las ventajas de la cartografía digital son grandes, pero hace falta disponer de una costosa infraestructura y del conocimiento exacto de la configuración del equipo necesario para obtener un sistema eficiente dentro de una organización cartográfica específica. No obstante, el fin principal de la cartografía digital sigue siendo la publicación de mapas, ya sea en soporte digital o impresos en papel, y su apariencia, tanto en uno como en otro soporte, no deberá diferir de la de los mapas realizados por la cartografía analógica. Es por ello de suma importancia que las personas encargadas de la realización digital del mapa, además de los conocimientos informáticos necesarios, posean los mismos conocimientos cartográficos que serían necesarios para la edición del mapa por procedimientos analógicos. II.2 HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS PARA LA EDICIÓN DIGITAL Las herramientas informáticas para la edición digital de cartografía se pueden dividir en dos grandes apartados: los programas informáticos y la maquinaria. Dentro de los programas informáticos hay que distinguir siete apartados: 1- Sistema operativo de los ordenadores (WINDOWS, UNIX, LINUX, etc.). 2- Programas de manejo de los dispositivos y periféricos instalados o conectados en los ordenadores (“drivers”). 3- Protocolos de comunicación de la red (TCP-IP, NFS, etc.). 4- Programas de trazado (IPLOT cliente y servidor, MAP-PUBLISHER, etc.). 5- Programas de escaneado y vectorización (IRAS-B, IRAS-C, etc.). 6- Programas de ayuda a la edición (depuradores de puntos, suavizadores de líneas, creadores de carátulas y marcos, programas de cambios de códigos y simbolización de elementos, programas de cambios de sistemas de representación, etc.). 7- Programa de diseño asistido por ordenador (MICROSTATION, AUTOCAD, ARC-INFO, etc.). El programa de diseño asistido por ordenador que se elija para la edición digital del mapa deberá cumplir una serie de requisitos: a) Deberá ser métrico. Esto es, deberá de trabajar en un sistema métrico de coordenadas planas al que se le podrá indicar las unidades de trabajo (m. dm. cm. etc.). AECID IGN - CENIG 29 b) Deberá ser dúctil, de manera que posea las herramientas adecuadas para adaptar el programa a nuestras necesidades; esto es lo que se denomina como capacidad de crear un entorno de usuario. Para ello tendrá que tener las siguientes características: - Posibilidad de crear menús de usuario que llamen a programas específicos para la realización de la edición del mapa en pantalla. - Posibilidad de confeccionar los mencionados programas de edición que corren desde el menú. Estos programas serán capaces de concatenar en una sola operación gran cantidad de procedimientos propios del programa principal de diseño. - Posibilidad de crear librerías de fuentes de texto, librerías de símbolos (células), librerías de patrones (“patterns”) y la edición de tablas de colores. Una configuración de la maquinaria necesaria podría consistir en una red de ordenadores personales conectados a un ordenador servidor de la red. Uno de los ordenadores podría tener conectada una tableta digitizadora, y el servidor de red podría actuar, a su vez, como servidor de trazado, llevando entonces conectado un trazador ráster de inyección de tinta para el trazado de pruebas, un trazador y escáner ráster foto-óptico para la realización de positivos y escaneado de originales analógicos, y una impresora. En la figura 17 se ha representado una posible configuración en red de los equipos necesarios para un proyecto de cartografía digital. AECID IGN - CNIG 30 II.3 PROCESO GENERAL DE UN PROYECTO CARTOGRÁFICO De forma restringida se puede definir un proyecto cartográfico como el conjunto de estudios y operaciones dirigidos a la posterior realización de un determinado mapa. Tanto si se trata de elaborar un mapa por cartografía analógica como por cartografía digital lo primero que se hará es elegir los parámetros matemáticos del mapa, que serán siempre función de la utilidad que se le quiere dar. A continuación se deberá hacer una descripción de los contenidos que se volcarán en el mapa. Y, por último, en función de estos contenidos se efectuará la elección de la simbología (elementos gráficos y elementos visuales). Decididos los parámetros matemáticos, los contenidos y la simbología del mapa, cualquier proyecto de cartografía digital sigue, en síntesis, el siguienteproceso general: 1- Captura de la información de base. Se distinguen dos casos, según la procedencia de la información: a) Importación de la información digital disponible, bien sea procedente de una Base Cartográfica Numérica (BCN), o de operaciones realizadas sobre el terreno (levantamientos, restitución fotogramétrica numérica, imágenes de satélite). Para ello se hará uso de las unidades de intercambio de que se disponga (CD, DVD, etc.) o a través de la red. b) Captura de información analógica en formato digital. Hay tres posibilidades: - Escaneado de originales analógicos, posterior edición en pantalla del ráster obtenido para eliminar las indeterminaciones y vectorización automática. - Escaneado de originales analógicos y posterior digitización en pantalla (vectorización semiautomática). - Digitización de originales analógicos en mesa o tableta digitizadora. 2- Formación del mapa. Sea cual sea el método de captura de la información, en la mayoría de los casos habrá que efectuar una adecuación de ésta, de acuerdo con los criterios de formación del proyecto. Lo más probable es que sea necesario efectuar un cambio de la codificación de los elementos del mapa -que en la BCN tendrán un código específico de BCN-, para pasarlos a un código adecuado al programa de diseño gráfico que se vaya a emplear en la edición del mapa (por ejemplo, pasar códigos de Oracle a códigos de Microstation). En algunos proyectos será necesario también efectuar trabajos campo. Constan de dos fases: a) Obtención de un trazado del mapa para realizar trabajos de campo. b) Trabajos de campo. Son los trabajos encaminados a la resolución de dudas y errores, actualización de la información original y obtención de la toponimia que figurará en el mapa. AECID IGN - CENIG 31 3- Edición del mapa. Se divide en dos fases: a) Simbolización automática. Mediante una serie de programas externos al propio programa de diseño gráfico se efectuarán de manera automática las siguientes operaciones: - En algunos casos será necesario efectuar un cambio del sistema de proyección, o cambiar de un formato en tres dimensiones a dos dimensiones. - También hará falta, algunas veces, depurar el número de puntos de los elementos que componen la información cartográfica y eliminar determinados elementos que no se desea que figuren en el mapa. Otras veces será necesario generar puntos intermedios dentro de elementos lineales para que queden suavizados. - Asignación de códigos de cartografía. La información digital original tiene asignados unos códigos numéricos que identifican cualitativamente a los distintos elementos que la componen. Estos códigos a veces coincidirán con los códigos que se utilizarán en el documento de cartografía digital, pero lo normal es que cada código original de lugar a varios códigos cartográficos. Por ejemplo, los códigos que identifican carreteras en le documento original dan lugar a varios códigos en el documento cartográfico, según la carretera sea autopista, autovía, nacional, provincial, comarcal, etc. - Simbolización automática. Lo normal es que el documento digital original esté compuesto por puntos y líneas que tendrán un determinado color, grosor y estilo de línea. Pero estos atributos no se corresponden con los que deben figurar en el documento cartográfico y habrá que resimbolizarlos de manera adecuada; las líneas cambiaran su estilo, su grosor y su color, y a veces se expandirán en varias líneas o serán sustituidas por patrones lineales (“patterns”), y los puntos se sustituirán por símbolos (células). b) Simbolización interactiva. Se llevará a cabo dentro del programa de diseño y en el entorno de usuario del proyecto. Constituye el trabajo de edición en la pantalla del ordenador del mapa propiamente dicho. Consta de varias fases: - Generación de exteriores. Creación del marco, la cuadricula, la carátula y toda la información y rotulación que figurará en los márgenes del mapa - Tratamiento de la planimetría (hidrografía, vías de comunicación, construcciones, etc.). - Tratamiento de la altimetría (curvas de nivel, puntos acotados, vértices geodésicos, etc.). - Tratamiento de los usos del suelo. Mediante la ayuda de programas externos al programa de diseño gráfico se conseguirá el cierre de polígonos con el fin de lanzar los procedimientos de relleno con patrones puntuales y colores. - Inclusión de la toponimia. Se rotulará el mapa de acuerdo con las normas del proyecto y siempre ateniéndose a las reglas de redacción cartográfica. AECID IGN - CNIG 32 - Adecuación de exteriores. La información exterior que de manera automática se incorporó al mapa requerirá de algunas modificaciones que habrá que realizar de manera interactiva, como por ejemplo los rótulos legales de publicación. - Posible incorporación de un sombreado. En algunos proyectos, para dar al mapa una sensación de relieve, se superpone a la información un sombreado, que se genera mediante programas específicos que trabajan a partir de modelos digitales de elevaciones (MDE). 4- Trazado de validación de la edición. Una vez completado el diseño del mapa se efectuará en un trazador ráster de inyección de tinta un trazado en color de la información vectorial, que se revisará para detectar los posibles errores. El trazado se hará con la ayuda de programas específicos de trazado (Iplot) que incluyen la posibilidad de utilizar tablas (TBL’s) que reasignan grosores, colores, estilos, prioridades de trazado, etc., a los distintos elementos del mapa. 5- Corrección en pantalla de los errores detectados. La corrección de los errores se efectuará actuando de manera interactiva sobre el fichero vectorial. 6- Obtención de un fichero en formato PDF para pasado directo a planchas Offset o, en su lugar, obtención de ficheros ráster para el trazado de positivos. A partir del fichero vectorial editado, y mediante el “software” adecuado, se obtendrá un fichero en formato PDF en el que se integra toda la información del mapa (planimetría, altimetría, usos del suelo, sombreado, exteriores, etc.) más la información necesaria para realizar la separación de color del mapa con la que, a partir de este fichero PDF, poder crear en un sistema de pasado directo a plancha las planchas Offset que servirán para imprimir el mapa en imprenta. Si no se cuenta con un sistema de pasado directo a plancha el procedimiento descrito en el párrafo anterior no podrá llevarse a cabo, teniendo entonces que crearse, a partir del fichero vectorial, unos ficheros ráster con los que se obtendrán unos positivos con un criterio de separación de color (cada positivo corresponde a un único color). Esto se realiza con la ayuda de programas específicos que incluyen tablas de prioridades de trazado (SPC’s) según la capa o nivel del programa de diseño en que se encuentra la información (por lo que en cada nivel no podrá haber más de un color). Estas tablas también incluyen la posibilidad de añadir tramas. 7- Prueba de control de calidad. Consiste en obtener, en un trazador ráster de inyección de tinta, un trazado en color a partir del fichero PDF de pasado directo a plancha. Esta prueba de color se revisará para detectar posibles errores en la oración del PDF o de edición. En el caso de no utilizar el sistema de pasado directo a plancha, el trazado en color se obtendrá a partir de la estricta información de los ficheros ráster que se van a utilizar en la posterior obtención de positivos. AECID IGN - CENIG 33 8- Corrección de los errores detectados. Se llevarán a cabo las correspondientes correcciones del fichero vectorial (editando en pantalla) si hubiera lugar a ellas, generándose a partir de este fichero vectorial corregido un nuevo fichero PDF de pasado directo a planchas Offset. En el caso de no disponer de un sistema de pasado directo a plancha, se llevaran a cabo las correspondientes correcciones delfichero vectorial (editando en pantalla) si hubiera lugar a ellas, haciéndose en este caso también dichas correcciones sobre los ficheros ráster (editando en pantalla) si las correcciones fuesen pequeñas, o generando nuevos ficheros ráster si las correcciones son de envergadura. 9- Pasado directo a planchas Offset o, en su lugar, trazado de positivos y pasado a plancha de estos. El fichero PDF obtenido a partir del fichero vectorial se enviará a una maquina de obtención directa de planchas Offset, con la que se obtendrá una plancha para cada color, según los criterios de separación de color contenidos en el fichero PDF. Si no se utiliza un sistema de pasado directo a plancha habrá que realizar un trazado de positivos en un trazador ráster foto-óptico (láser) utilizando los ficheros ráster generados a partir del fichero vectorial. Estos positivos, creados con criterios de separación de color, se utilizarán para efectuar un pasado a planchas Offset. 10- Posible envío de la información digital a una base de datos. Si hubiera lugar a ello, la información digital, producto de la edición, se enviará a una base de datos. Pero antes habrá que pasar a esta información unos programas que arreglen la geometría del mapa desde el punto de vista topológico, pues puede ocurrir que determinadas acciones necesarias para la edición produzcan ciertos desarreglos indeseables para una base de datos (troceado de elementos, desconexiones de elementos, etc.). 11- Copias de seguridad y archivo de la información digital. Se realizarán copias de seguridad en sistemas de almacenamiento masivo, seguro y redundante, sobre soporte magnético y/u óptico. Estos sistemas tendrán que proporcionar un acceso en línea a la información fácil y rápido. 12- Envío de las planchas Offset a imprenta. Las planchas Offset obtenidas por el procedimiento de pasado directo a plancha o a partir de positivos de separación de color se enviarán a la imprenta para su impresión en máquinas Offset. Todo el proceso general de un proyecto de cartografía digital queda resumido en el esquema de la figura 18. AECID IGN - CNIG 34 Fig. 18 AECID IGN - CENIG 35 II.4 CAPTURA DE ORIGINALES MEDIANTE BARRIDO AUTOMÁTICO La captura de datos de originales analógicos puede hacerse por técnicas de barrido automático o por digitización manual. La captura por barrido automático se aplica a tres tipos de originales: - Originales de línea o tono continuo, para utilizar como substrato de referencia o para transformar y trazar para impresión. - Originales de línea de baja o media calidad, que en ocasiones resulta ventajosa su digitización sobre pantalla frente a la digitización sobre tablero. - Originales de línea de alta calidad, en los que siempre es más rápido y preciso proceder al escaneado y posterior vectorización automática que realizar la digitización manual. La captura se efectúa mediante un escáner, que en esencia es un tambor cilíndrico sobre el que se fijan los originales y un cabezal lector luminoso que se desplaza paralelo a la generatriz del cilindro mientras este da vueltas. El escáner permite explorar originales, tanto de línea como de tono continuo. La apertura de barrido o resolución (píxel) normalmente es seleccionable por el operador entre 12.5, 25, 50, 100 o 200 micras. El escaneado se efectúa por reflexión. Un paquete de fibra óptica conduce la luz blanca generada por una lámpara de arco al cabezal óptico. Este cabezal proyecta la luz sobre un sector de la imagen en el tambor giratorio del escáner. La luz reflejada por la imagen pasa a través de la ventana de exploración (cuyo tamaño hemos escogido previamente), e incide sobre un tubo fotomultiplicador. La señal de salida del fotomultiplicador varía en función de la reflectividad del píxel escaneado y emite una señal analógica que un convertidor transforma en digital. La rotación del tambor del escáner genera las ordenadas y el desplazamiento del cabezal óptico genera las abscisas. Para definir el blanco puro a los circuitos del escáner, el tambor lleva una banda de reflectancia de densidad teórica cero (fig. 19). AECID IGN - CNIG 36 Una vez montado el original sobre el tambor se procede a su captura por barrido, debiéndose seleccionar previamente las siguientes variables: - Densidad mínima y máxima. La densidad mínima, en el caso de originales de línea, permite definir el umbral que separa píxeles “negros” (valor 1) de píxeles “blancos” (valor 0). Este parámetro es muy importante que se fije correctamente con el fin de evitar el denominado “ruido” y obtener unas líneas nítidas (fig. 20). En el caso de tonos continuos, la definición de densidades mínima y máxima permitirá cubrir al máximo el abanico de grises posibles (256) a obtener en el ráster (es decir, abrir el histograma). AECID IGN - CENIG 37 Jugando adecuadamente con la densidad pueden discriminarse elementos finos de otros más gruesos que no se deseen escanear (por ejemplo, si se quieren escanear las curvas de nivel directoras de un mapa, pero no se desea escanear las normales, fig. 21). - Resolución. Viene definida por el tamaño del píxel. Se estima como resolución óptima la mínima que permita captar la línea más fina contenida en el original con dos píxeles. Hay que tener en cuenta que el tamaño del fichero generado al escanear crece con el cuadrado del incremento de la resolución, y uno de los problemas más graves es la capacidad y velocidad de gestión. Las resoluciones bajas darán como resultados ficheros pequeños, pero los píxeles pueden llegar a ser excesivamente grandes. Las resoluciones altas dan como resultado ficheros grandes, pero las líneas quedarán muy bien definidas por los píxeles (fig. 22). AECID IGN - CNIG 38 II.5 VECTORIZACIÓN AUTOMÁTICA Una vez obtenido el ráster por técnicas de barrido automático habrá que transformar esta información a formato vectorial, al objeto de integrarla dentro del proyecto de cartografía digital que se esté realizando. La vectorización comprende cuatro fases: 1- Esqueletización del ráster o selección de los píxeles representativos como eje de línea. 2- Reconstrucción de líneas. 3- Reconstrucción de topología. 4- Filtrado. La principal dificultad radica en efectuar una esqueletizacion eficiente, siendo un subproducto de este proceso una tabla de posiciones de nodos y extremos libres. La reconstrucción de líneas consistirá en un seguimiento secuencial, píxel a píxel, de todos los elementos que la fase de esqueletizacion ha considerado como ejes de línea. La reconstrucción de la topología se efectuará mediante la tabla de posiciones de nodos y extremos libres. AECID IGN - CENIG 39 El filtrado comprende el borrado de puntos aislados, la eliminación de puntos superabundantes y el ajuste a elementos geométricos que produzcan una definición más compacta al tiempo que ofrecen una apariencia suavizada. En la figura 23 se muestra, esquematizadas, las fases seguidas para la vectorización, con topología reconstruida a partir de un original analógico. AECID IGN - CNIG 40 Existen tres métodos clásicos de esqueletización automática: - Método de "recorte". Consiste en un proceso iterativo en que se va adelgazando cada lado de la línea en un ancho de píxel por cada pasada, hasta dejar todas las líneas de un ancho mínimo sin que se produzcan rupturas. El proceso de decisión examina las relaciones de conexión de cada uno de los píxeles con sus vecinos, determinando si es un píxel significativo que define eje de línea o no, en cuyo caso es eliminado (paso de 1 a 0). El tiempo de ejecución es función directa del ancho de línea, debiendo de dar tantas pasadas como la mitad del numero de píxeles de la línea más gruesa; no viéndose afectado, sin embargo, por la longitud de las mismas. El problema de los puntos de confluencia de varias