Introducción a los Sistemas de Información Geográfica (SIG) y Aplicaciones en Topografía, Construcción y Eficiencia Energética
Introducción a los Sistemas de Información Geográfica (SIG)
Fundamentos de los SIG
Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) son herramientas que permiten almacenar, analizar y manipular información georreferenciada. Un dato geográfico es aquel que contiene información de ubicación geográfica. Los SIG tienen diversos usos, como la creación de mapas, la consulta de datos, el análisis espacial, la modelización cartográfica, la ayuda en la toma de decisiones y la creación de modelos matemáticos.
Modelos de Datos en SIG
Existen dos modelos principales de datos en SIG:
- División vertical (capas): Permite la combinación de geometría y temática.
- División horizontal: Utiliza varias fotos aéreas con distinto detalle.
Las variables de los datos geográficos se pueden clasificar según su naturaleza (continua o discreta), origen (fundamentales o derivadas) y temática (puntuales o lineales). Además, se considera el componente temporal, ya que la distribución de los datos puede variar con el paso del tiempo.
Sistema Raster
El sistema raster utiliza una estructura de celdas para representar la información geográfica. Sus ventajas incluyen una estructura sencilla, facilidad para realizar superposiciones (overlay) y representación de la variabilidad espacial. Sin embargo, también presenta desventajas como un mayor consumo de memoria, dificultad para establecer relaciones espaciales y una estética menos atractiva.
Modelo Vectorial
El modelo vectorial utiliza puntos, líneas y polígonos para representar la información geográfica. Sus ventajas incluyen una mayor compacidad, mejor codificación de la información y compatibilidad con software CAD. Sin embargo, también presenta desventajas como una mayor complejidad, dificultad para realizar ciertas operaciones y una representación ineficiente de algunos tipos de datos.
Teledetección y Adquisición de Datos
Drones
Los drones se han convertido en una herramienta popular para la adquisición de datos geoespaciales. Se clasifican en diferentes categorías según su peso y capacidad:
- Abierta: Incluye subcategorías como A1 (MTOM < 250g), A2 (MTOM < 4Kg) y A3 (MTOM < 25Kg) con diferentes restricciones de vuelo.
- Específica: Requiere autorización específica para operar en escenarios controlados.
- Certificada: Para drones de mayor tamaño y capacidad, utilizados en transporte de personas o mercancías peligrosas.
Los pilotos de drones deben obtener diferentes niveles de competencia según la categoría de dron que operen. Existen limitaciones en cuanto a la velocidad, altitud y condiciones de vuelo para garantizar la seguridad.
Fotogrametría
La fotogrametría es la ciencia de obtener información confiable sobre objetos físicos y el medio ambiente a través del proceso de grabación, medición, análisis e interpretación de imágenes fotográficas y patrones de energía electromagnética radiante y otros fenómenos.
Los parámetros extrínsecos definen la posición y orientación de la cámara en el sistema de coordenadas global, mientras que los parámetros intrínsecos describen las características internas de la cámara, como la distancia focal y el tamaño del píxel.
El paralaje es la diferencia de posición aparente de un objeto visto desde dos puntos de vista diferentes. La base es la distancia entre los dos puntos de vista. Estos conceptos son fundamentales para la generación de modelos 3D a partir de imágenes aéreas.
El plan de vuelo fotogramétrico define los parámetros del vuelo para obtener una cobertura efectiva del área de interés. El GSD (Ground Sample Distance) es el tamaño del píxel en el terreno y determina la resolución de la imagen.
El método general de fotogrametría utiliza dos fotos para determinar la posición de un punto. El modelo pinhole es un modelo simplificado de la cámara que se utiliza para describir la formación de imágenes.
Un mapa es una proyección ortogonal del terreno a una escala uniforme. Una ortofoto es una fotografía aérea rectificada para eliminar las distorsiones geométricas. Una fotografía aérea es una foto tomada desde un punto elevado para análisis y medición.
LiDAR
LiDAR (Light Detection and Ranging) es una tecnología de teledetección que utiliza un láser para medir distancias y crear modelos 3D de objetos y superficies.
Existen dos tipos principales de LiDAR:
- LiDAR de tiempo de vuelo: Mide el tiempo que tarda un pulso láser en viajar hasta un objeto y regresar.
- LiDAR de diferencia de fase: Mide el cambio de fase de un pulso láser al reflejarse en un objeto.
El LiDAR aéreo se utiliza para cubrir grandes superficies y zonas de difícil acceso, mientras que el LiDAR terrestre ofrece una mayor precisión y densidad de puntos. El LiDAR terrestre móvil se utiliza para mapear infraestructuras lineales, como carreteras.
Las nubes de puntos generadas por LiDAR contienen información sobre la posición, color, intensidad, ángulo de escaneo y marca de tiempo de cada punto.
Aplicaciones en Ordenación del Territorio y Urbanismo
Usos del Suelo
La ordenación del territorio regula los usos del suelo, que se clasifican en diferentes categorías, como servicios en infraestructura, equipamiento, recursos primarios, residencial y comercial.
Plan de Ordenación del Territorio
El plan de ordenación del territorio establece políticas para el desarrollo sostenible de un área, considerando aspectos sociales, económicos, culturales y ambientales.
Existen diferentes tipos de planes de ordenación:
- Plan territorial parcial: Para zonas supramunicipales.
- Plan territorial sectorial: Para infraestructuras como carreteras.
- Ordenación municipal: Regula los usos del suelo a nivel local.
La clasificación del suelo se realiza en categorías como urbano, urbano rural, urbanizable y rústico, considerando factores como la densidad de población, la accesibilidad y la protección ambiental.
El Plan General de Ordenación Municipal configura el modelo urbanístico del municipio, definiendo los usos residenciales, las actividades económicas y las infraestructuras.
Los planes especiales, como el PERI (Plan Especial de Reforma Interior) y el PERI (Plan Especial de Protección y Conservación), regulan áreas específicas con necesidades particulares.
Geodesia y Cartografía
La geodesia estudia la forma y dimensiones del globo terrestre, mientras que la cartografía se encarga de representar la superficie terrestre en mapas.
Sistemas de Coordenadas
Los sistemas de coordenadas planos son una alternativa a los sistemas angulares para el posicionamiento de puntos sobre la superficie terrestre. El datum es un sistema de referencia que define el origen y la orientación de las coordenadas. Es fundamental especificar el datum utilizado para garantizar la precisión de las coordenadas.
Proyecciones Cartográficas
Las proyecciones cartográficas transforman la superficie esférica de la Tierra en un plano. Existen diferentes tipos de proyecciones, cada una con sus propias características:
- Conformes: Mantienen la forma (ángulos) para detalles precisos.
- Equivalentes: Conservan las áreas para representar distribuciones.
- Equidistantes: Mantienen las distancias para medir distancias precisas.
La proyección cilíndrica es adecuada para mapas generales y del ecuador, pero no para los polos. La proyección de Mercator es un ejemplo común de proyección cilíndrica.
Sensores Geoespaciales
Los sensores geoespaciales se utilizan para adquirir datos sobre la Tierra. Se clasifican en tres categorías:
- Espaciales: Satélites con sensores como bandas espectrales, LiDAR y GNSS.
- Aéreos: Aviones o drones con cámaras (RGB) y LiDAR.
- Terrestres: Instrumentos como estaciones totales, LiDAR y GNSS.
Algunos ejemplos de sensores geoespaciales incluyen:
- Distanciómetros: Miden distancias mediante pulsos ópticos o acústicos.
- Estaciones totales: Miden ángulos y distancias con alta precisión.
- Niveles topográficos: Determinan diferencias de cotas.
- LiDAR: Captura nubes de puntos con alta resolución espacial.
- Cámaras: Captan imágenes para fotogrametría.
- GNSS: Calcula la posición mediante información satelital.
Topografía
La topografía es la ciencia que utiliza sensores geoespaciales y métodos para representar gráficamente una parte de la superficie terrestre. Utiliza un plano tangente para garantizar la precisión de las mediciones.
Levantamiento Topográfico
El levantamiento topográfico consiste en observar y medir puntos para obtener sus coordenadas. Genera una representación gráfica de la geometría, altimetría y dimensiones de la zona. Permite calcular longitudes, superficies, desniveles, etc. y producir modelos digitales del terreno (MDT, MDS, MDE).
La planimetría se encarga de la proyección horizontal en coordenadas 2D (X e Y), mientras que la altimetría representa las alturas en un plano de comparación.
Método de Radiación
El método de radiación es un método topográfico que utiliza coordenadas polares (distancias y ángulos) para determinar la posición de los puntos. Se utilizan diferentes tipos de distancias:
- Distancia natural (D): Longitud más corta entre puntos, considerando irregularidades del terreno.
- Distancia geométrica (d): Longitud sin considerar irregularidades del terreno.
- Distancia reducida (d): Proyección de la distancia sobre un plano.
- Desnivel: Diferencia de alturas entre puntos.
El método de radiación es sencillo y rápido, pero no es adecuado para superficies grandes o distancias muy largas.
Curvas de Nivel
Las curvas de nivel son líneas que unen puntos de igual altitud en un mapa. La diferencia de altitud entre curvas consecutivas se denomina equidistancia. Las curvas de nivel permiten representar el relieve del terreno, calcular pendientes y determinar cotas.
Construcción y Eficiencia Energética
Eficiencia Energética en Edificios
La eficiencia energética de un edificio se refiere a la energía que se necesita para satisfacer su uso normal. Las instalaciones tecnológicas del edificio, como la iluminación, la climatización y los electrodomésticos, juegan un papel importante en la eficiencia energética.
Certificación Energética
La certificación energética es un documento que indica la eficiencia energética de un edificio. Es obligatorio mostrar la etiqueta energética en la oferta de venta o alquiler de un edificio.
Sellos de Calidad Medioambiental
Existen diferentes sellos de calidad medioambiental que evalúan la sostenibilidad de los edificios, como BREEAM y LEED. Estos sellos valoran aspectos como la ubicación, el transporte, el uso eficiente del agua y la energía, los materiales sostenibles y la innovación.
IDAE
El IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) es un organismo que promueve la eficiencia energética y el uso de energías renovables en España.
Domótica
La domótica es la automatización aplicada a la vivienda. Los dispositivos domóticos se comunican entre sí y con el usuario a través de internet, permitiendo controlar la iluminación, los toldos, los electrodomésticos y otros sistemas del hogar.
BIM (Building Information Modeling)
BIM es una metodología de trabajo colaborativo que utiliza un modelo digital único para gestionar un proyecto de construcción. El modelo BIM contiene información geométrica y otros datos relevantes, facilitando la comunicación y la coordinación entre los diferentes agentes implicados.
El estándar IFC (Industry Foundation Classes) permite el intercambio de información entre diferentes plataformas BIM.
El software BIM más utilizado incluye Revit, BIM 360, ArchiCAD y Rhino.
BIM y Eficiencia Energética
BIM permite simular y analizar el comportamiento energético de un edificio, optimizar los diseños, evaluar el confort térmico y monitorizar el funcionamiento del edificio.