Principios Fundamentales de Geomática y Topografía: Métodos, Técnicas y Aplicaciones

Principios Fundamentales de Geomática y Topografía

Métodos de Registro Arqueológico

Método Wheeler

Desarrollado por Mortimer Wheeler en 1979 para la excavación arqueológica. Su diseño busca facilitar el registro detallado de las secciones estratigráficas de la excavación. Este método establece una conexión directa entre las necesidades de documentación y representación gráfica y las técnicas de excavación.

  • Principio: Impone la excavación por estratos naturales. Cada Unidad Estratigráfica (UE) debe ser reconocida y retirada de forma individual y sistemática.
  • Se rechazan las excavaciones que solo buscan documentar muros con zanjas, ya que esto rompe las relaciones estratigráficas necesarias para comprender la secuencia de un yacimiento.
  • Documentación: Se basa en el dibujo de la estratigrafía de los cortes, el detalle minucioso de la estratigrafía de cada uno de los lados de la cata, y un diario de excavaciones que registre todas las observaciones. Todo este conjunto forma la base del registro arqueológico.
  • El método implica el dibujo de cada estrato de manera sintética y utilizando una simbología precisa.

Problemas del Método Wheeler

  • Cortes estratigráficos: Solo se representa lo que aparece en los cortes, dejando fuera información que se encuentre en el interior.
  • Discontinuidad de las catas: Diferentes catas y testigos que las separan impiden observar las relaciones de los distintos estratos en su conjunto horizontal, dificultando la visión global.

Soluciones Propuestas

  • Intentos de solución intermedia: Barker y Lamboglia sustituyen la documentación de los cortes por secciones móviles y acumulativas, ofreciendo una visión más holística del yacimiento.
  • Adaptación al yacimiento: Realizar secciones y plantas, dibujos donde lo requiera el yacimiento.

Método Harris

Edward Harris se centra en la documentación horizontal del yacimiento. Sostiene que el dibujo de todos los planos del estrato es la forma de documentar la totalidad de la excavación. El registro de la excavación en planta permitió reforzar el estudio de estratos en área abierta.

  • Las relaciones estratigráficas, aunque basadas en leyes geológicas, tienen implicaciones topográficas directas en cómo se documenta y entiende la secuencia de deposición.
  • El desarrollo de la matriz de Harris impulsó las técnicas de documentación planimétrica y alimentó las técnicas digitales.

Implicaciones del Método Harris

  • Se centra en el dibujo de todos los planos del estrato. El dibujo de las secciones pasa a ser auxiliar.
  • Colocación de ejes como ayuda para el dibujo.
  • Cada excavador realiza su ficha de UE y el dibujo de las mismas (perfiles con cotas).
  • El dibujo de las UEs en su conjunto como garante del orden estratigráfico.
  • Excavación en extensión: Facilita la toma de datos topográficos.

Factores a tener en cuenta en la Excavación

  • El detalle y la escala de los productos que creamos.
  • La precisión y la exactitud de las técnicas que empleamos.
  • La relación entre objetos, costes, resultados y destinatario del producto.
  • El dominio completo de las técnicas de documentación y representación.

Diseño de una Buena Estrategia

Conectar el tipo de registro con las necesidades de documentación, metodología, representación y finalidad del proceso.

Técnicas de Captura y Medición

Captura de Medición Individual

  • Nivel óptico: Método clásico, para altimetría, económico y analógico, con error de observación.
  • Estación Total: Método habitual, digital y preciso, con volcado digital, medición tridimensional, coordenadas absolutas y relativas, precisión subcentimétrica.
  • GPS diferencial: Método eficaz, más caro, preciso y versátil, completamente digital, coordenadas absolutas y relativas.

Captura de Medición Masiva

  • Fotografía, drones, fotogrametría, escáner láser, LiDAR.

Sistemas de Coordenadas

Coordenadas Absolutas

Emplean sistemas de referencia geodésica para definir la posición de manera unívoca. Poseen gran precisión. La legislación actual exige que toda la información se presente en coordenadas absolutas.

  • UTM (Universal Transverse Mercator): División de la Tierra en 60 husos de 60 grados. Se expresa en metros, sin distorsión en superficies de grandes magnitudes.
  • Geográficas: Distancia en latitud y longitud en función del meridiano de Greenwich. Emplea grados sexagesimales.

Coordenadas Relativas

Emplean puntos de origen arbitrarios para definir las coordenadas del plano (x, y, z). Se utilizan para alzados, perfiles y planos en superficies limitadas.

  • Cartesianas: Utiliza ejes x, y, z con coordenadas tomadas desde un punto 0. Si este punto está georreferenciado, miden distancias.

Ciencias y Técnicas Fundamentales

Geometría

Rama de las matemáticas que estudia la forma, tamaño, posición relativa de figuras en el espacio y sus propiedades. Los conocimientos geométricos se emplean en el dibujo arquitectónico.

Geodesia

Ciencia que estudia la forma y dimensiones de la Tierra y su campo gravitatorio desde un punto de vista matemático. Determina las coordenadas de una serie de puntos. La Tierra se representa como un geoide o un elipsoide.

Cartografía

Ciencia que se encarga de todo lo que interviene en la formación y análisis de mapas. Estudia los sistemas de proyección. Producción de mapas mediante GPS, satélites, teledetección y SIG.

Topografía

Ciencia y técnicas que se ocupan de la representación gráfica de la superficie terrestre.

  • Métodos:
  • Planimetría: Representación de puntos del terreno en el plano XY.
  • Altimetría: Representación de coordenadas Z en planos XZ e YZ.
Conceptos Topográficos Clave
  • Distancia topográfica: Longitud de la línea más corta que une dos puntos, considerando las irregularidades del terreno.
  • Distancia geométrica: Longitud del segmento de la recta espacial que une dos puntos.
  • Distancia reducida: Longitud del segmento de recta que une las proyecciones de dos puntos sobre el plano de proyección.
  • Desnivel: Diferencia de cotas entre dos puntos.

Fotogrametría

Ciencia dedicada a la obtención de medidas a partir de fotografías.

  • Ortorectificación: Corrección de distorsiones geométricas en las imágenes.
  • Restitución fotogramétrica: Obtención de coordenadas tridimensionales.
  • Software común: GIMP, Inkscape, ArcGIS.
  • Productos: Nubes de puntos (dispersos o densos), nubes de puntos tridimensionales, mallas poligonales, ortofotos u ortoimágenes.

Modelo Fotogramétrico de Calidad

  • Seguir normas generales de la reconstrucción fotogramétrica.
  • Análisis del objeto a modelar.
  • Análisis del entorno.
  • Planificación y ejecución cuidadosa de la toma de fotografías.

Curvas de Nivel

Representación gráfica del relieve terrestre en un plano.

  • Curvas índices: Más gruesas y negras, indican la altura de manera numérica. Aparecen cada cinco curvas.
  • Curvas intermedias: Ayudan a conocer la altitud del terreno tomando como referencia las curvas índices.
  • Curvas suplementarias: No tienen una equidistancia normal con el resto y se marcan por alguna razón específica.

Tipos de Representaciones con Curvas de Nivel

  • Clinografía: Representa el valor medio de las pendientes en diferentes puntos de un terreno en función de las alturas.
  • Configuración: Cada una de las líneas que definen el relieve.
  • Depresión: Indican una depresión en el terreno.
  • Hipsométrica: Diagramas de curvas que indican la proporción de superficie en relación con la altitud.

Colores en Curvas de Nivel

  • Verde oscuro: Debajo del nivel del mar.
  • Verde claro: Altitud media.
  • Siena intenso: Altitudes mayores.
  • Violeta/Rojo: Alta montaña y cumbres.

Cámaras Digitales y sus Componentes

Componentes Principales

  • Objetivo, obturador y diafragma, sensor.
  • El objetivo es un conjunto de lentes.
  • El obturador regula la entrada de luz al sensor.
  • El sensor transforma la luz en niveles digitales.

Objetivo

Ayuda a comprender qué corregir para elaborar planimetría, entender el ángulo de visión y las distorsiones. El grupo de lentes regula la entrada del campo de visión en relación con el sensor.

  • Distancia focal: Determina el ángulo de visión de las fotos. Es la distancia entre el sensor y el punto donde convergen los campos de visión, medida en milímetros. En función del tamaño del sensor.
  • Cuanto mayor es la distancia focal, menor es el campo de visión y viceversa.
  • Las fotos tienen una proyección cónica, lo que puede generar desplazamientos laterales.
  • Se recomienda una distancia focal corta para arqueología, con el fin de documentar el mayor espacio posible.
  • El ángulo de visión tiene influencias sobre los desplazamientos.

Tipos de Objetivo según Ángulo de Visión

  • Gran angular: >46º
  • Normal: 46º
  • Teleobjetivo: <46º

Deformaciones Ópticas

  • Radial: Producen distorsiones en las líneas rectas. Las lentes, al pasar la luz, generan menor deformación en el centro del área.
  • Tangenciales: Derivadas de la luz y de imperfecciones en la fabricación de la lente y su posición en el objetivo. El punto ideal de enfoque no es exacto.

Obturador

Cortina que permite que la luz llegue al sensor. El tiempo que permanece abierta es la velocidad de obturación, expresada en segundos (ej. 1 segundo, 1/250 seg).

Diafragma

Cortina tras las lentes que controla la entrada de luz. La apertura se expresa con el número f, proporcional al grado de apertura. Un cierre mayor o menor del diafragma depende de cuánta luz se desea capturar.

Relación de Equilibrio (Exposición, Nitidez, Profundidad de Campo)

  • Influye en la exposición de la imagen, la nitidez y la profundidad de campo.
  • Velocidad de obturación: Una velocidad lenta puede producir imágenes borrosas o movidas. Se recomienda 1/60 seg.
  • Profundidad de campo: Un diafragma muy abierto produce un enfoque parcial, limitado al objeto en el que se ha enfocado. Se utiliza un valor de apertura bajo para centrarse en un objeto. Un diafragma muy cerrado produce un enfoque total, abarcando una zona mayor del campo bajo el ángulo de visión.

Proyecciones Cartográficas

Conjunto de reglas que permiten trasladar puntos observados del mundo real a un plano de forma rigurosa (mediante geometría). Es el proceso de representación de un objeto tridimensional mediante la proyección de sus puntos por medio de líneas rectas sobre el plano.

  • Proyección ortogonal: Proyecta la posición de una serie de puntos sobre el plano XY sin tener en cuenta sus valores altimétricos.
  • Proyección de Mercator: Proyección cilíndrica tangente al Ecuador. Deforma las distancias entre los meridianos, que se vuelven líneas paralelas, aumentando la distancia a medida que nos acercamos a los polos. Amplía las distancias.
  • Proyección Transversa de Mercator (o de Gauss-Kruger): Proyección transversal sobre un meridiano. El meridiano central debe situarse en el centro. Utiliza los meridianos para las proyecciones. El mundo se divide en 60 zonas (septentrionales y meridionales) de seis grados de anchura cada una. Cada zona tiene su propio meridiano central.

Ventajas del Sistema UTM

  • Conserva los ángulos.
  • No distorsiona las superficies en grandes magnitudes.
  • Es un sistema que designa un punto o zona de manera concreta y fácil de localizar.
  • Es un sistema empleado en todo el mundo.

Datum Geodésico

Sistema de referencia espacial que describe la forma y tamaño de la Tierra y establece un origen para los sistemas de coordenadas o referencia. Definido el datum, se puede elaborar la cartografía de cada lugar, ya que proporciona parámetros de referencia que relacionan el punto origen del geoide y del elipsoide con su localización geográfica (coordenadas geográficas), así como la dirección del sistema.

  • Un datum viene definido por un elipsoide, que representa fielmente la superficie de la Tierra y salva sus irregularidades.
  • Cada continente o región puede tener su datum específico. Las coordenadas geográficas no suelen ser universales, sino relativas al datum de referencia elegido para realizar sus cartografías.
  • Por defecto, los GPS utilizan el WGS84. Al almacenar puntos en un dispositivo GPS o descargarlos en un ordenador (formato GPX), las coordenadas suelen ser relativas al datum WGS84.

Tipos de Datum

  • Datum global: WGS84 (Representa planimetría, utilizado en GPS).
  • Datum específicos: Útiles para lugares concretos. Ejemplos en España: Datum de Madrid 1870, European Datum 1950, ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989).

Aplicaciones y Herramientas Digitales

Fotogrametría Digital

Obtención de Modelos Digitales del Terreno (MDT), versatilidad en vuelo con drones, corrección de distorsiones.

ArcGIS

Herramientas como la calculadora raster, algoritmo de Tobler, reclasificación de capas raster, conversión de raster a polígono.

Archivo LAS

Formato estándar para almacenar datos de nubes de puntos. Contiene una cabecera con metadatos y registros de longitud variable.

Sistemas de Captación y Análisis (SCA)

Consideran la distancia máxima de recolección y el tiempo límite para áreas de captación.