Curso ArcGIS (Avanzado)
Georreferenciación

Georreferenciación

Datum y sistemas de coordenadas

Un sistema de coordenadas es un marco de referencia fijo superpuesto en la superficie de un área para designar la ubicación de entidades dentro de él. Las posiciones de objetos en la superficie esférica de la tierra se miden en coordenadas geográficas. 

Aunque la latitud y la longitud pueden ubicar posiciones exactas en la superficie de la tierra, no son unidades uniformes de medida; sólo a lo largo del ecuador la distancia representada por un grado de longitud se aproxima a la distancia representada por un grado de latitud. 

Para superar las dificultades de medición, los datos generalmente se transforman de coordenadas geográficas de tres dimensiones a coordenadas proyectadas de dos dimensiones.

Más información sobre las transformaciones geográficas y sobre cómo elegir la correcta

Los sistemas de coordenadas nos permiten establecer una relación entre los datos de nuestro software SIG y su posición en el mundo real, proceso que se conoce como georreferenciación. Distinguimos dos tipos:

  • Sistemas de Coordenadas Geográficas: Se utilizan para identificar las posiciones de los puntos en cualquier lugar de la superficie de la Tierra. El más común es el sistema de coordenadas esféricas (Latitud/Longitud). La latitud y longitud son ángulos que se miden desde el centro de la tierra en relación al plano del Ecuador y plano del Meridiano de Greenwich, respectivamente.
  • Sistemas de Coordenadas Planares o Cartesianas: Se basan en la proyección de los puntos sobre una superficie plana, donde las posiciones son identificadas por coordenadas X,Y respecto al punto marcado como origen. A estas dos coordenadas que marcan la posición horizontal añade una tercera para la posición vertical.

 

Un datum horizontal es un marco de referencia utilizado para ubicar elementos en la superficie de la tierra, el cual está definido por un esferoide y la posición del esferoide con relación a la tierra. Hay dos tipos de datums: global (centrado en la tierra) y local.

ArcMap nos posibilita la utilización de un sistema de coordenadas para cada marco de datos. Para establecer el sistema de coordenadas tenemos que pinchar con el botón derecho del ratón sobre el marco de datos.

Properties > Coordinate System

Podemos escoger entre un sistema de coordenadas geográficas o un sistema de coordenadas proyectadas.

Determinar el sistema de coordenadas de una capa

  1. Haga clic con el botón derecho en la capa en la ventana Contenido y elija Propiedades… en el menú contextual de la capa.
  2. En el cuadro de diálogo Propiedades de capa, haga clic en Datos de origen.
  3. La sección Resumen de capas enumera el Sistema de coordenadas de la capa.


Nota: Si el sistema de coordenadas geográficas de la capa difiere del sistema de coordenadas geográficas del mapa que se muestra, es posible que deba utilizar una transformación para alinear sus datos correctamente en el mapa. Las transformaciones aparecerán en la lista desplegable, donde estén disponibles.

Asignación de un sistema de coordenadas a un archivo shapefile

A la vez que vamos confeccionando y buscando nuestra cartografía, que servirá de base para nuestros análisis, cuando se crea un nuevo archivo shapefile, tenemos la posibilidad de predefinir el sistema de coordenadas que queremos que tenga asignado.

Como realizamos hasta ahora, para realizar este proceso debes en primer lugar abrir ArcCatalog y crear el nuevo shapefile. Para ello, pincha con el botón derecho del ratón sobre la parte derecha de la pantalla.

New > Shapefile

En la ventana de creación del nuevo shapefile, pondremos el nombre que queramos dar al archivo y el tipo de elementos que contendrá (puntos, líneas o polígonos). A continuación, en el apartado dedicado a la referencia espacial (spatial referent) pincharemos en Editar (edit) y asignaremos el sistema de coordenadas correspondiente.

Nota: Se puede examinar la información de la proyección de los datos (si algún compañero o colaborador nos cede alguna información en cualquier formato) en la pestaña Espacial en los metadatos, o abriendo las propiedades de la clase de elementos en ArcCatalog.

En nuestro caso trabajaremos con una capa ya creada ‘España.shp’, asignándole como Sistema de Coordenadas Proyectado el ‘UTM ‘WGS1984 Huso 29N ‘

También lo podemos hacer desde ArcToolbox, asignando el tipo de proyección a través de la herramienta:

Data Management Tools>Projections and Transformations>Define Projection

Georreferenciación ArcGIS

Importación de un sistema de coordenadas a un archivo shapefile

En determinadas ocasiones, como hemos comentado anteriormente, nos puede interesar adjudicar a un archivo que nos han cedido para nuestro trabajo o que tenemos en otro proyecto sin referenciar, el mismo sistema de coordenadas que tenemos asignado a otro archivo, por ejemplo, en el caso de que ese sistema de coordenadas no se encuentre entre los sistemas predefinidos de ArcGIS.

Para ello, la forma más sencilla es recurrir a ArcToolbox.

Data Management Tools > Projections and Transformations > Define Proyection.

Cuando se nos abra la ventana de asignación de sistema de coordenadas haremos clic en ‘Importar’ (Import), de tal manera que se nos abrirá una ventana para la búsqueda del archivo que utilizaremos como referencia en la asignación de sistema de coordenadas. 

También, se puede realizar desde ArcCatalog, entrando en las propiedades de cada capa y modificando el Sistema de Referencia en la pestaña “XY Coordinate System”, donde se puede “Seleccionar”, “Importar”, “Crear uno nuevo”… sistema de referencia.

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En nuestra práctica vamos a asignar el sistema de coordenadas incluido en la capa ‘españa2’ a la capa de ‘nucleos_rurales’.

Análisis de proyecciones: distancias y formas

Cuando se convierten posiciones geográficas de un sistema de coordenadas geográficas a un sistema de coordenadas cartesianas se produce una distorsión de una o más propiedades espaciales. Por ello hay que tener en cuenta la utilización del sistema de proyección, dado que el uso de uno que no sea el adecuado puede llevar a inexactitudes a la hora de trabajar con estas propiedades espaciales, máxime cuanto menor sea la escala en la que trabajemos.

Para practicar, vamos a cambiar las proyecciones de dos archivos idénticos de manera que se aprecien estas diferencias en la forma. Partimos de dos shapes exactamente iguales. Abre ambos mapas (Mapa_España1.shp y Mapa_España2.shp), activa y desactiva ambos mapas para comprobar que son exactamente iguales en este momento porque no hemos definido ninguna proyección.

A continuación vamos a asignar una proyección distinta a cada una de las capas, con el fin de poder comprobar estas variaciones. A la capa ‘ Mapa_España1.shp’., mediante la herramienta ArcToolBox y el comando de “Define Proyection” definimos un sistema de coordenadas, como el ‘World > Behrman‘.

A continuación realizaremos una simple medición de ambas capas entre varios segmentos y comprobaremos que ambos segmentos no miden lo mismo. Puede practicar finalmente usted mismo, definiendo otro sistema de coordenadas y comprobando la longitud de los segmentos, observando las diferencias existentes.

Georreferenciación de imágenes aéreas

Muchas de las veces, contamos en nuestra información con un amplio abanico de imágenes documentales para nuestro proyecto SIG en diferentes formatos, pero que no se encuentran georreferenciadas, es decir, no se les han atribuido una información espacial.

Se puede recurrir en estos casos a la georreferenciación de estas imágenes siempre que dispongamos de información cartográfica de la zona. La extensión de ArcGIS que se utiliza para este propósito es el ‘Georeferencing‘, que consta de una serie de herramientas que nos permiten efectuar la transformación en la fotografía de manera que se ajuste lo más posible a la realidad. Activa esta extensión, haciendo clic con el botón derecho y buscándola entre las extensiones que se ofrecen.

Georreferenciación ArcGIS

A modo de resumen y para simplificar, trataremos de buscar puntos comunes entre la imagen y la cartografía de base, la cual nos servirá para buscar puntos de referencia comunes entre ambos y para que la imagen quede georreferenciada a partir de esa cartografía que hemos usado (sea un shape, coverage, dataset…).

Para la georreferenciación de una imagen se requiere la toma de puntos de referencia (puntos en la foto de los que sepamos su situación real) para definir los parámetros de la transformación. Cuanto mayor sea la complejidad de la transformación mayor será el número de parámetros a hallar y, por tanto, mayor el número de puntos de referencia que debemos dar para realizarla.

La extensión ‘Georeferencing‘ consta de herramientas básicas para la manipulación de fotos, comunes en muchos softwares de edición de imágenes. Si abrimos el menú podemos ver por ejemplo que nos permite la posibilidad de rotar la imagen o de invertir la imagen según un eje vertical u horizontal:’ Flip or rotate.’

Georreferenciación ArcGIS

Podéis practicar con las mismas y familiarizaros con su aplicabilidad dentro de ArcMap.

En la práctica, la herramienta más utilizada y que más nos interesará, es la de dar puntos de referencia entre imagen y cartografía o shape base, herramienta conocida como: Add Control Points.

Como ejemplo, contaremos con la cartografía base a escala 1:5.000 de un pueblo y una imagen que deberemos georreferenciar:

Método simplificado:

Primero

Muy recomendable, active la opción “Auto Adjust” del menú “Georeferencing“.

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Segundo

Antes de iniciar la georreferenciación, es recomendable hacer un “Zoom to Layer” sobre la capa que usaremos de referencia (cartografía base).

De esta forma, centraremos en nuestra ventana del ArcMap la capa base para comenzar a situar los “Control Points”.

Tercero

Añadimos como tema la imagen que queremos georreferenciar. Por defecto, ArcMap la coloca a partir de las coordenadas 0,0, por lo que no la veremos en pantalla a no ser que le hagamos un “Zoom to Layer”.

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Cuarto

Usamos el comando “Fit to Display” seleccionando en “Layer” el nombre de la imagen. Con este comando conseguimos un primer centrado de la imagen dentro de nuestro campo de visión. Como hemos realizado un “Zoom to Layer” al shape base y lo tenemos centrado en nuestra ventana, la imagen se colocará ligeramente centrada en esta vista. Ya tenemos imagen y shape “relativamente” cerca.

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Quinto

Pinchas el botón “Add Control Points” de la barra de herramientas de georeferencing.

El procedimiento debe ser el siguiente: marcamos primero con el botón izquierdo del ratón sobre un punto en la imagen (buscar las esquinas para que la georreferenciación tenga mejor calidad) que podamos localizar fácilmente en la cartografía.

El cursor cambia de color fijando un punto verde. El segundo punto se debe dar sobre el shape base o guía (las ortofotos son muy útiles, buscar límites de carreteras, esquinas de casas…) en el que la imagen tiene su mismo símil de posición, es decir, su posición en la realidad. De forma sencilla, se trata de llevar la imagen “de dónde está” a “dónde la queremos llevar”.

Repetimos la operación otras tres veces al menos; el tercer punto lo buscamos sobre la imagen, en otra esquina pinchando sobre ella con el cursor izquierdo del ratón y, una vez hecho, buscamos el mismo punto, pero sobre el shape base.

Ya tenemos dos puntos georreferenciados, por lo que repetiremos la operación otras dos veces para tener al menos 4 puntos. Se pueden buscar más puntos si se desea.

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NOTA alternativa: cuando identificas un punto de control al que le asignarás coordenadas, das primero un clic izquierdo para asegurar el punto y luego un clic derecho para desplegar el menú “add x and y” lo seleccionas y te abrirá una ventana donde ingresas las coordenadas X y Y, esto por cada punto de control.

Esto lo realizaremos cuando conozcamos las coordenadas exactas de ese punto (se suele usar al georreferenciar imágenes antiguas de cartografía del IGN, en el cruce de cuadrículas).

Sexto

Verificas que este bien tus puntos de control, para lo cual pinchas en el botón “View Link Table” de la barra de herramientas de georeferencing. Se desplegará una tabla donde podrás observar las coordenadas que ingresaste y constatar que sean correctas.

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Séptimo

Finalmente y una vez que has comprobado que la imagen se encuentra georreferenciada de acuerdo a sus expectativas, active la opción “Update Georreferencing” y la imagen quedará georreferenciada y grabada con la información espacial.

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Si se comete algún error al situar los puntos podemos cancelar los cambios hechos en la imagen:

Georeferencing > Reset Transformation

También se pueden eliminar puntos de referencia introducidos:

Georeferencing > Delete Control Points

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