Curso ArcGIS (Avanzado)
Modelos digitales del terreno

Modelos digitales del terreno

Uno de los elementos básicos de cualquier representación digital de la superficie terrestre son los Modelos Digitales de Terreno (MDT). Constituyen la base para un gran número de aplicaciones en ciencias de la Tierra, ambientales e ingenierías de diverso tipo. 

Se denomina MDT al conjunto de capas (generalmente raster) que representan distintas características de la superície terrestre derivadas de una capa de elevaciones a la que se denomina Modelo Digital de Elevaciones (MDE).

Creación de un modelo digital del terreno (MDT). Concepto y utilidades

Un Modelo Digital del Terreno (MDT) constituye una forma de representación de la superficie del terreno en formato raster. Explicado de forma más sencilla, es una representación digital de una variable continua sobre una superficie bidimensional, por medio de un conjunto de valores Z referenciados (veremos ejemplos en imágenes posteriores). 

En ArcMap es posible levantar un MDT a partir de datos de elevación del terreno en formato vectorial (curvas de nivel y puntos de elevación), utilizando redes irregulares de triángulos conocidos como TIN (Triangular Irregular Network).

Los TIN, permiten modelar las superficies heterogéneas del terreno de forma prácticamente idéntica a la realidad. Para la creación de un MDT tendríamos que llevar a cabo los siguientes pasos:

  1. Obtención de información topográfica adecuada. Disponer de cartografía en formato adecuado (puntos, líneas o polígonos) georreferenciados, para que esos datos puedan ser procesados por ArcMap.
  2. Generación de un TIN a partir de los datos topográficos.
  3. TIN (Triangular Irregular Network; Red irregular de triángulos). Estructura de datos para la construcción de Modelos digitales del Terreno (MDT), basada en la modelización del relieve a partir de triángulos irregulares que unen los puntos de muestreo de partida (nodos). Generalmente, las estructuras TIN se calculan a partir del algoritmo de Delaunay, resultando una de las mejores formas que existen para representar y trabajar con formas irregulares como la superficie terrestre. Los modelos TIN tienen una enorme ventaja sobre las estructuras de datos raster: permiten la incorporación de líneas de ruptura de las pendientes (como ríos, acantilados, etc.), lo cual da lugar a una mayor precisión en el cálculo.
  4. Por último, deberemos transformar el TIN en un MDT (pasarlo a formato raster).


Es importante diferenciar las características, ya sean ventajas o inconvenientes de cada formato (TIN o raster), para ver en cada situación qué tipo de formato nos interesa para trabajar. Las diferencias básicas entre TIN y GRID (o formato raster) son fundamentalmente las que siguen a continuación:

TIN (Triangular Irregular Network)

GRID (o Formato raster)

Ventajas

  1. Posibilidad de describir la superficie a un nivel distinto de resolución.
  2. Eficiencia en el almacenamiento de datos.
  1. Fácil de almacenar y manipular
  2. Fácil integración con bases de datos raster.
  3. Suavizado, apariencia más natural de los elementos del terreno derivados del raster.
  4. Se pueden efectuar cálculos con ellos.

Desventajas

  1. En muchas ocasiones requiere una inspección visual y un control manual de la red.
  1. Imposibilidad de utilizar distintos tamaños de celda para representar relieve.
  2. A mayor resolución, mayor peso de archivo

La generación de MDT es un proceso muy extendido dada la gran cantidad de aplicaciones que permite este tipo de representación del terreno en un SIG. A partir del MDT, se pueden llevar a cabo multitud de estudios sobre factores relacionados con la topografía:

  1. Mapas de pendientes.
  2. Estudios Hidrológicos (Drenajes, cuencas…)
  3. Estudios de iluminación: solana/umbría.
  4. Estudios de visibilidad.
  5. Análisis de la topografía (orientación, rugosidad, curvaturas, coste de desplazamiento…)


La información digital topográfica a veces solo la obtenemos por planos escaneados, por lo que será necesario digitalizarlos en un programa de CAD y a partir del archivo *.dwg, *.dxf o *.dgn de Microstation, pasarlo al ArcMap para poder obtener el TIN.

Creación de un TIN a partir de puntos

El primer paso para la creación de un MDT es generar un TIN (Triangulated Irregular Network), que constituye una forma de representación del terreno a través de una red irregular de triángulos. 

Cada uno de los vértices de estos triángulos tiene un valor de altura, con lo que de ésta manera las superficies de los triángulos van a representar la superficie del terreno. A mayor densidad de puntos con información topográfica de la elevación del terreno, nuestro TIN se asemejará más a la realidad y los resultados serán más fiables.

Terreno ArcGIS

Vamos a obtener el TIN a partir de una serie de puntos de altitud conocida. Como podeis observar, en el shape de puntos anterior “Parcelas_def_daso”, en la tabla asociada se observa la información altitudinal de cada punto en la columna “ZVAL“. Vamos a utilizar múltiples opciones que nos permite la barra de herramientas 3D Analyst:

3D Analyst > Create/Modify TIN > Create TIN from features

Vamos a crear el TIN a partir de la masa de puntos, por lo tanto, en el menú que nos ha aparecido tenemos que marcar ‘Parcelas_def_daso’, y cambiar los siguientes parámetros de cómo crear el TIN:

  1. Height source: ZVAL.
  2. Triangulate as: Mass points.
  3. Tag value field: .
Terreno ArcGIS
Guarda el TIN dándole el nombre que creas conveniente, como por ejemplo ‘tin2’, antes de darle a OK.
Terreno ArcGIS

Creación de un TIN a partir de puntos y curvas de nivel

Antes comentamos que cuanta mayor información tengamos, la definición del TIN será más acorde con la realidad, por lo que recomendamos tener al menos, las curvas de nivel digitalizadas y las cotas de nivel (sería recomendable tener las zonas de rotura, como los ríos, carreteras…) 

Vamos a obtener el TIN a partir del mapa de curvas de nivel digitalizado y de una serie de puntos de altitud conocida. Se trata de las capas ‘Curvas.shp’ y ‘Cotas_todas.shp’. Vamos a entrar en la barra de herramientas 3D Analyst:

3D Analyst > Create/Modify TIN > Create TIN from features

A continuación, una vez entrado en el menú que nos aparece tenemos que marcar las capas de ‘Curvas’ y de ‘Cotas_todas’, aunque con distintas condiciones, ya que se trata de capas de distinta naturaleza, unas son puntos y otras líneas. Además, hemos incorporado el límite de la zona a estudiar, ya que ArcMap te permite recortar la zona del TIN mediante la incorporación de un shape que marcará el límite del mismo; lo hemos llamado ‘límite_monte’

En el caso de ‘Cotas_todas’ marca:

  1. Height source: ELEVATION. (Será la columna que contenga tu información altitudinal en tu shape)
  2. Triangulate as: mass points.
Terreno ArcGIS

En el caso de ‘Curvas’ marca en todas ellas:

  1. Height source: ELEVATION.
  2. Triangulate as: soft line. (más usado para curvas de nivel que suavizan el contorno del TIN. Hard line, se utilizará si incluimos en el TIN shapes de carreteras, pistas o ríos que producen un cambio brusco sobre la superficie del TIN)
  3. Tag value field: <none> .
Terreno ArcGIS

En el caso de ‘límite_monte’, lo usaremos para cortar el TIN resultante a nuestro área de estudio:

  1. Height source: (No tiene información de cota altitudinal, solo nos servirá de recorte.
  2. Triangulate as: soft clip.
  3. Tag value field: <none>.
Terreno ArcGIS
Guarda el TIN dándole el nombre que creas conveniente, como por ejemplo ‘TIN3’, antes de darle a OK.
Terreno ArcGIS
Prueba a practicar con estos conceptos que te hemos explicado. A continuación irás viendo otros conceptos que te permitirán desarrollar análisis de mayor complejidad.
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