Modelos Digitales de Elevación: Fundamentos y Aplicaciones en Geomática

Datos del Relieve

El **relieve** se refiere a la altura de la superficie terrestre en diferentes puntos geográficos. Su medición permite modelar las **formas estructurales** de la superficie terrestre, tales como montañas, valles y **riberas**, entre otros rasgos geográficos. Al existir dos tipos principales de modelos (de **superficie** y de **terreno**), los **modelos digitales de elevación (MDE)** permiten conocer la existencia, disposición, forma y posición de los elementos que conforman un espacio geográfico, ya sean de origen natural o antrópico.

Relieve Continental e Insular

Los **datos de relieve continental e insular** son valores de altura que permiten representar, mediante **modelos digitales de elevación (MDE)**, formas como montañas, mesetas, valles, depresiones, terrazas y abanicos aluviales. Para ello, se captan los **datos de altimetría** sobre la superficie terrestre, utilizando sistemas instalados en plataformas aeronáuticas, satelitales y/o terrestres. Los **MDE** permiten realizar **modelados topográficos** en dos y tres dimensiones, con aplicaciones diversas en **ingeniería civil, geodesia, fotogrametría, manejo y planificación de recursos naturales, ciencias de la Tierra, ámbitos militares y cartografía**.

Modelo Digital de Elevación (MDE)

Un **Modelo Digital de Elevación (MDE)** es una representación visual y matemática de los valores de altura con respecto al nivel medio del mar, que permite caracterizar las formas del relieve y los elementos u objetos presentes en él. Estos valores están contenidos en un archivo de tipo **ráster** con estructura regular. En los MDE, dos cualidades esenciales son la **exactitud** y la **resolución horizontal** (o grado de detalle digital de representación), las cuales varían según el método de generación. Por ejemplo, los generados con **tecnología LIDAR** ofrecen modelos de alta resolución y gran exactitud (valores submétricos).

Los **datos de apoyo derivados** pueden incluir:

**Curvas de nivel**
**Corrientes de agua**
**Mapas de pendientes**
**Redes irregulares de triángulos (TIN)**
**Imágenes de relieve sombreado (mapas de sombras)**
**Puntos acotados de altura**
**Modelos vectoriales de la altura de los elementos presentes en el terreno**
**Líneas estructurales**

Tipos de Modelos Digitales de Elevación

El **INEGI** realiza la representación del relieve generando un modelo simplificado, denominado **Modelo Digital de Elevación (MDE)**, que se utiliza como fuente de información digital para el estudio de la superficie del terreno de México. Los MDE que produce el INEGI son de dos tipos principales:

Modelo Digital de Superficie (MDS): Representa todos los elementos existentes o presentes en la superficie terrestre (vegetación, edificaciones, infraestructura y el terreno propiamente dicho).
Modelo Digital del Terreno (MDT): Recrea la forma del terreno una vez que han sido removidos todos los elementos ajenos al mismo, como la vegetación, edificaciones y demás elementos que no forman parte del terreno.

Métodos de Generación de Modelos Digitales

Los métodos para la generación de los **Modelos Digitales de Elevación (MDE)** pueden dividirse en dos grupos principales:

Métodos Directos

Estos se obtienen a partir de mediciones realizadas directamente sobre el terreno real, e incluyen:

La toma directa de datos mediante **levantamientos topográficos** con estación total o con **GPS**.
Uso de **altímetros** transportados desde una plataforma aérea (como **radar** o **láser**).

Métodos Indirectos

Se utilizan documentos analógicos o digitales elaborados previamente para generar un MDE, e incluyen:

La **digitalización de curvas de nivel y puntos de altura** de la cartografía topográfica, realizada mediante procesos convencionales de conversión automática (escáner y vectorización) o manual (tableta digitalizadora o en pantalla).
**Restitución fotogramétrica** (numérica, analítica y digital).

Los métodos que emplea actualmente el **INEGI** para la generación de los MDE son:

Generación a partir del método fotogramétrico de correlación cruzada: Esta técnica se fundamenta en la comparación de imágenes digitales a partir de **pares estereoscópicos de fotografías aéreas digitalizadas**.
Tecnología LIDAR: Es la combinación de tecnologías diseñadas para la obtención de **coordenadas tridimensionales (X, Y, Z)** de puntos del terreno mediante un **telémetro láser montado en un avión**.
Digitalización de cartografía topográfica: Los mapas topográficos proporcionan información del relieve del terreno en forma de **curvas de nivel y puntos de altura**.

Cubierta de Altimetría e Hidrografía de Tipo Terreno

El **Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI)** utiliza datos topográficos del relieve continental para conformar la **Infraestructura de Datos Espaciales de México (IDEGeo)**. Así, a través de la Dirección General de Geografía y Medio Ambiente, se generan las **cubiertas de Altimetría e Hidrografía** a partir de los **Modelos Digitales de Terreno (MDT) LIDAR**. Esto resulta en la producción de **archivos vectoriales de curvas de nivel, puntos acotados y corrientes de agua**, en formato cartográfico a escala 1:20 000.

¿Qué es LIDAR?

**LIDAR** proviene del acrónimo en inglés *Light Detection and Ranging* (detección y medición de distancias a través de la luz). El sistema LIDAR es un **sensor activo** que puede recolectar datos tanto de día como de noche. A partir de los datos colectados, se genera información que se traduce en una **nube de puntos ajustada al terreno**, posibilitando la generación de **Modelos Digitales de Elevación LIDAR**.

¿Qué es un MDT?

Un **MDT** es un conjunto de valores distribuidos de manera regular que modelan el terreno con **coordenadas X, Y y Z** en un sistema georreferenciado determinado.

¿Cómo se genera la cubierta de curvas de nivel?

La generación de los **archivos vectoriales de altimetría** se realiza mediante procesos semiautomáticos y de depuración interactiva sobre plataformas informáticas de **Sistemas de Información Geográfica (SIG)**. Consiste en graficar espacialmente el relieve del terreno con técnicas topográficas a partir de un MDT, del cual se pueden extraer variables como **altitud, pendiente, orientación y rugosidad**.

¿Qué son los puntos acotados?

Son **puntos virtuales de referencia del relieve** con valores de **coordenadas X, Y y Z** en un sistema georreferenciado. Se derivan de la captura de coordenadas sobre rasgos significativos en el **MDT LIDAR**, principalmente en áreas que representan zonas llanas, cumbres o fondos de depresión, y en detalles planos significativos como presas, cruces entre caminos, ferrocarriles y carreteras.

¿Qué es la hidrografía?

La **hidrografía** se refiere a las **líneas virtuales que describen el drenaje de la lluvia** al caer sobre la superficie terrestre, determinando hacia dónde fluye el agua. Se representa por líneas que unen puntos situados en la red de canales formados por este fenómeno.

Insumos para la Generación de Cubiertas de Altimetría e Hidrografía

La generación de las **cubiertas de altimetría e hidrografía** para la cartografía digital a escala 1:20 000 utiliza los **MDE LIDAR de tipo Terreno** en formato cartográfico a escala 1:10 000 con una resolución de 5 m. Estos modelos incluyen un excedente de formato de 160 m para asegurar la continuidad lógica entre formatos adyacentes y, a través de un proceso automatizado de interpolación, permiten conformar los formatos cartográficos a escala 1:20 000.

Modelo Digital de Elevación LIDAR de Alta Resolución (Tipo Terreno, 5 m)

Es un registro de las **elevaciones existentes sobre el nivel del mar**, derivado de la obtención de puntos mediante **tecnología LIDAR**, generando un **Modelo Digital de Elevación de tipo Terreno (MDT)** con una **resolución horizontal de 5 m**. A partir de estos modelos, se pueden modelar las alturas y obtener, entre otros aspectos: **pendientes, secciones de desniveles, áreas sujetas a inundación, curvas de nivel, volúmenes de tierra, delimitación de cuencas**, etc.

Modelo Digital de Elevación LIDAR de Alta Resolución (Tipo Superficie, 5 m)

A partir de estos modelos, se pueden modelar las alturas y obtener, entre otros aspectos: **pendientes, definición de áreas sujetas a inundación, altura de la vegetación, cálculo de volúmenes de tierra, censos forestales, alturas de edificaciones y elementos de infraestructura** (como antenas, torres eléctricas, entre otras). El **Modelo Digital de Superficie (MDS)** es útil en aplicaciones para la **atención y prevención de desastres naturales, modelado dinámico en 3D, simuladores de vuelo, gestión de zonas de costa, diseño de catenarias en torres eléctricas y cálculo de biomasa (vegetación)**.

Continuo de Elevaciones Mexicano 3.0 (CEM 3.0)

El **Continuo de Elevaciones Mexicano 3.0 (CEM 3.0)** es un producto que representa las **elevaciones del territorio continental mexicano** mediante valores que indican puntos sobre la superficie del terreno. Su ubicación geográfica se define por **coordenadas (X, Y)**, a las que se integran valores que representan las **elevaciones (Z)**. Gracias a las tecnologías emergentes, se generaron los continuos de la **red hidrográfica, cuerpos de agua y curvas de nivel** a escala 1:50 000. Paralelamente, se crearon los correspondientes a los **bancos de nivel y vértices geodésicos**.

Bancos de Nivel y Vértices Geodésicos

En este sentido, la versión 3.0 del CEM, generada en el año 2012, tiene como característica principal una **resolución de 15 m**.

Continuo de Modelos Digitales de Elevación LIDAR de Superficie y Terreno con Resolución de 15 m

Ambos, el **Continuo de MDE LIDAR de Superficie** y el **Continuo de MDE LIDAR de Terreno**, son un conjunto de celdas con **15 m de resolución** que proporcionan elevaciones del país en un continuo nacional. Esto significa que están fuera de formatos cartográficos preestablecidos y ofrecen una resolución uniforme bajo un marco de referencia vertical y horizontal específico.

El **Continuo de MDE LIDAR de Terreno** se integra originalmente a partir de los Modelos Digitales de Elevación LIDAR de tipo Terreno, mientras que el de superficie se integra a partir de los Modelos Digitales de Elevación LIDAR de tipo Superficie. Ambos provienen de formatos cartográficos a escala 1:10 000 con una resolución de 5 m, incluyendo un excedente de formato de 160 m para asegurar la continuidad lógica entre formatos adyacentes. A través de un proceso automatizado de interpolación a 15 m, se conforma el Continuo de MDE LIDAR de Terreno con resolución de 15 m.

Ambos son **archivos de mapa de bits** en formato digital de intercambio.

Relieve Submarino

Esta sección proporciona información básica para conocer las **características generales del relieve submarino**. Constituye la **representación cartográfica de la superficie terrestre ubicada bajo el mar**, utilizando **curvas de nivel batimétricas**. Es una herramienta indispensable para la generación de **obras portuarias y marítimas, tendido de cables y exploración marina**, así como un insumo clave en **investigaciones hidrográficas y levantamientos detallados en exploraciones científicas**.

Está disponible en formato impreso y digital (archivos **SHP y DXF**) en dos productos principales: la **Carta Batimétrica Internacional del Mar Caribe y Golfo de México (IBCCA)** y la **Carta Batimétrica de la Zona Económica Exclusiva (ZEE)**.

Introducción a la Base de Datos

Dentro de estas acciones, se han establecido normas para regir los procesos de generación de **datos espaciales**. Entre ellas, destacan el **Modelo de Datos Espaciales** y los **Diccionarios de Datos**. El Modelo de Datos Espaciales es la base para elaborar los diccionarios de datos de los diferentes temas y escalas. Los diccionarios de datos, como documentos normativos, contienen las **especificaciones particulares** que rigen los procesos de producción de los datos espaciales a nivel de **objetos espaciales**.