Fundamentos de Datos Ráster, Modelos de Elevación e Interpolación Espacial en Ingeniería

Fundamentos de la Estructura Ráster y Modelos de Elevación Digital (MDE)

Conceptos Clave del Formato Ráster

Celdas Ráster

Unidad mínima en un archivo ráster que define la precisión de los elementos geográficos.

Resolución Espacial Ráster

Es la dimensión lineal de una de las celdas que componen el archivo.

Impacto del Tamaño de Celda en la Precisión y el Rendimiento

• Tamaño de celda más pequeño: Posee una mejor resolución, mayor precisión espacial, mayor tamaño del archivo y procesamiento más lento.
• Tamaño de celda grande: Posee menor resolución, menor precisión espacial, menor tamaño del archivo y procesamiento más rápido.
• Tamaño de celda grande: Posee menor resolución, menor precisión espacial, menor tamaño del archivo y procesamiento más rápido.
• Tamaño de celda grande: Posee menor resolución, menor precisión espacial, menor tamaño del archivo y procesamiento más rápido.

Funciones de Procesamiento Ráster

Las funciones ráster permiten la manipulación y extracción de información a partir de los valores de las celdas.

• Funciones Locales: Operaciones de reclasificación, superposiciones, enmascarado y álgebra de mapas.
• Funciones Focales: Se obtiene un valor para cada píxel en función de los valores almacenados en dicho píxel y en sus vecinos o aledaños. Ejemplo: Cálculo de parámetros como la pendiente, orientación o sombreado, a partir de un MDE (Modelo Digital de Elevación).
• Funciones Zonales: Operaciones que se aplican a zonas o regiones definidas.
• Funciones Globales: Tienen en cuenta la totalidad de los píxeles de la imagen o ráster. Ejemplo: Métodos de interpolación.

Representación de la Altura y Modelos Digitales del Terreno (MDT)

Existen diversas maneras de representar la altura en sistemas de información geográfica:

• TIN (Red Irregular de Triángulos): Conjunto de triángulos irregulares que representa el grado de empinamiento de la superficie. Se puede crear a partir de un shapefile de puntos altimétricos (X, Y y Z) o curvas de nivel.
• Dataset: Colección de datos tabulada.
• DEM (Modelo Digital de Elevación): Cada celda o píxel tiene un valor Z. Es una estructura numérica de datos continuos que representa la distribución espacial de la altitud. Permite generar otros ráster de importancia en ciencias de la tierra.
  • Aplicaciones: Análisis hidrológicos (delimitación de cuencas, dirección de flujo, orden de drenajes, etc.).

Métodos de Interpolación Espacial para la Generación de Superficies

La interpolación permite estimar valores en ubicaciones desconocidas a partir de puntos de muestra conocidos.

Distancia Inversa Ponderada (IDW)

Determina los valores de celda a través de una combinación ponderada linealmente de un conjunto de puntos de muestra. La superficie que se interpola debe ser la de una variable dependiente de la ubicación.

Kriging

Es un método estadístico que ajusta una función matemática a una cantidad especificada de puntos o a todos los puntos dentro de un radio específico para determinar el valor de salida para cada ubicación. Se utiliza para explicar la variación en la superficie.

Natural Neighbor (Vecino Natural)

Utiliza solo un subconjunto de muestras que circundan a un punto de consulta y asegura que las alturas interpoladas estarán dentro del rango de las muestras utilizadas. No infiere tendencias ni produce picos, depresiones, crestas o valles que no estén ya representados por las muestras de entrada.

Spline

Utiliza un método de interpolación que estima valores usando una función matemática que minimiza la curvatura general de la superficie, lo que resulta en una superficie suave que pasa exactamente por los puntos de entrada.

Topo to Raster

Diseñado específicamente para crear Modelos Digitales de Elevación (DEM) hidrológicamente correctos. Es el único interpolador de ArcGIS diseñado específicamente para trabajar de forma inteligente con entradas de curvas de nivel.

Productos Derivados de los Modelos Digitales del Terreno (MDT)

A partir de un DEM se pueden generar muchos otros productos esenciales para la ingeniería y las ciencias de la tierra:

• Pendiente (Slope)
• Contorno (Isolíneas)
• Relieve Sombreado (Hillshade)
• Aspecto (Aspect): Ángulo de orientación con respecto al Norte. Si es -1, la superficie es plana y no hay orientación definida.
• Visibilidad (Viewshade)