Buscando información sobre como resolver un problema de cartografía me encontré con este documento en la red, es una excelente guia para resolver problemas de georreferenciación en México utilizando información geográfica oficial, desconozco quien sea el autor pero le agradezco mucho que se haya tomado el tiempo de compartir sus conocimientos, pues con esto queda claro todo lo que debemos considerar cuando hacemos cartografía del territorio mexicano.
(Le hice algunas adecuaciones para que fuera mas preciso)
Hablar de información espacial nos obliga a conocer
algunos aspectos fundamentales de cartografía y geodesia para su correcta posición sobre el globo
terráqueo.
La difusión de los GIS y del
GPS ha introducido en nuestro lenguaje cotidiano la palabra georreferenciar.
Esta palabra de apariencia inofensiva encierra en verdad una serie de
problemas. En un sentido abstracto, georreferenciar significa asignar algún tipo de coordenadas ligadas al terreno
a los objetos de interés, sean estos naturales, obras de ingeniería,
los vértices de una parcela, entre otros.
Georreferenciar datos es una operación sencilla si se tienen las nociones básicas para hacerlo. En
la actualidad muchos operarios de los SIG han omitido el tema, y por lo tanto,
en cuanto se encuentran con problemas de sobreposición de información no tienen
los conocimientos e información necesaria para dar una solución o explicación
al problema.
Se parte del hecho
de que toda la información espacial esta
dentro de un sistema de referencia geodésico convencional o “Datum”, que dan
origen a las coordenadas y que ubican un punto en alguna parte del mundo es
decir establece el origen de las coordenadas de latitud y longitud.
Datum:
El datum es un conjunto de parámetros que
especifican la superficie de referencia o el sistema de coordenadas de
referencia empleado para el cálculo de coordenadas de puntos en la tierra. Es
decir es el conjunto de parámetros que establecen el origen teórico para las
coordenadas terrestres latitud y longitud
México.
Datum
|
Elipsoide
Geodésico de referencia (asociado al Datum)
|
NAD27
Datum
Norteamérica de 1927
|
Clarcke 1866
Clarcke
|
WGS84
Sistema
Geodésico mundial de 1984
|
WGS84
Sistema
Geodésico mundial de 1984
|
ITRF92
Marco de
referencia terrestre internacional de 1992
|
GRS80
Sistema
Geodésico de referencia de 1980
|
NAD83
Datum
Norteamericano de 1983
|
GRS80
Sistema
Geodésico de referencia de 1980
|
Hablar de
Datums diferentes es hablar de diferentes orígenes para las coordenadas de latitud y de longitud por lo tanto un
mismo punto de la superficie de la tierra va a presentar coordenadas diferentes
si lo ubicamos o posicionamos de acuerdo a uno u otro datum.
Ejemplo. En
la figura de arriba el sistema de referencia A puede representar el origen para
las coordenadas en NAD27 y el sistema de referencia B el origen para las
coordenadas en ITRF92.
NAD27
El
datum norteamericano de 1927 fue el datum oficial para México hasta 1998 de
acuerdo a las normas oficiales del INEGI y modificadas ese año. Es por eso que lo debemos tener muy en cuenta
ya que gran parte de la cartografía existente esta referenciada o
ubicada dentro de este datum
En la actualidad ya no podemos seguir
ocupando este datum ya que las nuevas tecnologías como el GPS proporcionan precisiones mayores
que hacen necesario ocupar un datum acorde a tales mediciones.
ITRF92
ITRF92
Este datum esta materializado con las más modernas
técnicas de medición a través del Internacional Earth Rotation Service (IERS)
A
partir de las modificaciones hechas a la norma técnica de levantamientos
geodésicos en 1998 el INEGI establece:
Todo
punto perteneciente a un levantamiento geodésico horizontal, deberá estar
referido al marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF) del Servicio
Internacional de Rotación de la
Tierra (IERS) para el año 1992 con datos de la época 1988.0 y
que se denomina ITRF92 Epoca 1988.0 que es el nuevo Sistema Geodésico de
Referencia oficial para México.
WGS84
El
amplio uso de este datum esta dado por el manejo de la tecnología GPS ya que es el datum en el cual se calculan
las posiciones GPS por default.
El sistema fue creado y también actualmente
es controlado por el departamento de
defensa de los Estados Unidos de Norteamérica.
El
Sistema GPS es muy ocupado para levantamientos topográficos, geodésicos y recolecta de datos para SIG, además de que muchas
imágenes de satélite vienen georreferenciadas dentro de este datum
NAD83
Es
el datum oficial de los Estados Unidos de Norteamérica, solo se debe considerar
este datum en cartografía de la frontera norte y solo en algunos casos.
Comparaciones y análisis
De
los datums mencionados anteriormente solo el NAD27 es un datum de los
considerados datum locales ya que su implementación solo se ajusta a una parte
de la superficie terrestre y este es el que difiere mas en cuanto a los otros
tres datum mencionados
WGS84 y ITRF92
En la actualidad Existe
una pequeña diferencia entre el elipsoide de referencia adoptado en el WGS84
respecto al que utiliza el ITRF (GRS80) en el parámetro de aplastamiento o
achatamiento.
Para
ver la diferencia entre estos sistemas podemos ver una tabla comparativa al año
2002 ambos sistemas se encuentran
prácticamente alineados, como se aprecia en los parámetros de transformación
WGS-84 a
ITRF00:
Para fines cartográficos
podemos considerar idénticos los Datum WGS 84 e ITRF92
Es decir si se sobrepone información
que esta en ITRF92 con otra en WGS84 no percibiremos desplazamientos
apreciables
Por
que NO trabajar con WGS84 como Datum Oficial.
El materializar el sistema de referencia es establecer puntos físicos
sobre el terreno y que es necesario e
indispensable para los trabajos geodésicos cartográficos y topográficos dentro
de un territorio a esto se le llama Marco de referencia.
En este sentido el WGS84 solo presenta 5 estaciones como marco de
referencia y ninguna esta en México y el ITRF92 tiene más de 300 estaciones.
ITRF92
y NAD27
De acuerdo a las modificaciones a las
normas sobre levantamientos geodésicos en 1998 nuestro actual marco de referencia
es el ITRF92.
El NAD27 es un datum antiguo que
en su tiempo resolvió las necesidades de Geodesia y cartografía.
Los ITRF son sistemas que ubican el centro de sus ejes de referencia en
el geocenetro de la masa de la tierra y el NAD27 no.
El ubicar un mismo punto en NAD27 e ITRF92 si difiere en una distancia
“considerable” para ciertas escalas.
Los desplazamientos que se
presenta cuando se tiene información en diferentes Datum no es constante
y va variando aunque pudiera no ser tan significativo en zonas de poca
extensión casos. Esta variación como no es uniforme obliga a calcular parámetros
de transformación por zonas, donde el desplazamiento es mas o menos similar. La diferencia entre ambos sistemas es de
aproximadamente 200 mts
Métodos
de Transformación entre Datum
Los métodos convencionales de
transformación entre Datum se basan en translaciones y rotaciones de los ejes
coordenados.
La forma más general de transformar
coordenadas rectangulares es mediante el uso de una transformación de siete
parámetros:
Esto
implica en primera transformar las coordenadas geodésicas de latitud y longitud
a coordenadas cartesianas X, Y, Z
Después
es emplear un sistema matricial para llevar acabo translaciones y rotaciones de
los ejes coordenados de un sistema “A”
para orientarlo y sobreponerlo con un sistema “B” a demás de aplicar un factor de escala.
-Las
tres translaciones entre los orígenes, .X, .Y, .Z;
-Las
tres rotaciones entre los ejes, RX, RY, RZ;
-La
diferencia de escala, S.
Si
solo se tienen los tres parámetros de
translación es:
Sin
embargo las coordenadas más frecuentemente usadas en la práctica no
son éstas, sino las geodésicas (también conocidas como geográficas). Existen
dos métodos posibles en este caso para realizar la transformación:
Método Molodensky.
Las fórmulas de Molodensky permiten
directamente convertir las coordenadas curvilíneas sin pasar por las
rectangulares.
En ellas interviene, además de las tres
translaciones entre los orígenes, ΔX, ΔY, ΔZ, el semieje mayor, aA,
y el aplastamiento, fA, del elipsoide asociado al sistema A y las
diferencia con los del sistema B; .a= aB-aA y f =
fB-fA.
Las
fórmulas de Molodensky toman en cuenta las translaciones del origen y las
diferencias tamaño y forma de los elipsoides asociados a los sistemas A y B,
pero ignoran las rotaciones entre los ejes y la diferencia de escalas.
Pero
sea cual sea el caso se necesitan parámetros de transformación es decir un (ΔX,
ΔY, ΔZ) para una zona especifica de la tierra.
Un aspecto importante que debemos tener en
claro es que para determinar los parámetros de transformación estamos
utilizando coordenadas afectadas de errores y estos errores se propagaran
inevitablemente a los parámetros de transformación
En general estos son los métodos
estándar para transformar de un Datum A
a un Datum B, existen otros métodos que se aplican de manera regional que son
desarrollados para los países para utilizarlos solo en su territorio. Así por
ejemplo Estados Unidos usa un método basado en una malla o rejilla para moldear
las diferencias entre dos Sistemas
Geodésicos en este caso entre NAD27 y el NAD83, su potencialidad es de mayor
precisión que los métodos convencionales pero como mencionamos su alcance se
limita a una zona de interés.
Un caso similar es el que se presenta en
México, en el que el procedimiento se realliza a través de un programa
desarrollado por el INEGI denominado TRANINV (Transformación inversa), el cual
moldea las discrepancias entre el NAD27 y el ITRF92
y
es la herramienta de transformación entre estos dos datums.
Traninv (Transformación entre NAD27 y
ITRF92)
Actualmente
el INEGI presenta el TRANINV que es un programa oficial de
transformación de coordenadas en ITRF92 época 1988.0 a NAD27 y viceversa,
con propósitos cartográficos, el cual se basa en un polinomio algebraico
bidimensional de grado nueve para llevar los valores de un sistema geodésico de
referencia al otro.
La solución tiene una precisión cuadrática
(rms) cercana a los tres metros, lo que significa que un punto determinado en
ITRF92 época 1988.0, transformado por medio de este programa a NAD27, al
representarlo en la cartografía 1:50 000 publicada por el INEGI, tendrá un
error menor a una décima de milímetro en su ubicación, lo que cartográficamente
es satisfactorio.
Debemos
recalcar que el TRANINV fue creado con la intención fundamental de poder
utilizar la cartografía existente en NAD27, junto con el marco geodésico de
referencia definido en el ITRF92 época 1988.0
La
transformación de NAD27 a ITRF92 se puede realizar a través del siguiente sitio WEB:
Procedimiento:
-Los archivos SHP, SHX y DBF deberán estar
comprimidos.
Nota:
En un mismo archivo .zip se podrán compactar más de una
capa.
En la primera pagina se localiza
el botón examinar con este se
adiciona el archivo .zip y se envía con
el botón enviar archivo, este
proceso puede durar varios minutos y se deberá esperar para que pase a la siguiente
pagina en la que solo se dará clic al
botón continuar
En algunas
ocasiones enviara un error, ya sea por no encontrar la página o porque fueron
ingresados erróneamente al archivo zip los archivos: SHP, SHX o DBF así mismo
se debe de revisar no ingresar otro archivo y verificar que no falte ninguno.
Inténtelo nuevamente hasta obtener la siguiente donde esta la opción continuar, página que le indicara que el proceso fue exitoso
En la siguiente página se deben asignar la proyección
cartográfica de los shapes y el datum de origen.
Después dar clic en continuar
procesamiento
En la siguiente página aparecerá un resumen de la
transformación hay que esperar hasta que aparezca habilitada una opción que
permite bajar el archivo transformado. Y al finalmente dar clic en borrar archivo
El archivo
transformado tiene el nombre original
con la adición: “_proc“ y los archivos
son renombrados agregando “_i92”
El traninv es la solucion para transformar solo de NAD27
a ITRF92 y viceversa
Hasta aquí solo se a mencionado el origen de la
coordenadas geográficas o geodésicas
Ahora la transformación de estas coordenadas a
coordenadas cartográficas o cartesianas
Involucra el hablar de proyecciones cartográficas
Proyecciones
Cartográficas
Las
proyecciones cartográficas son
los métodos empleados para transferir los rasgos de la superficie del terrestre
al papel, es decir, a un plano, y de acuerdo a la técnica y metodología
utilizada se tendrá una serie de proyecciones cartográficas.
Un método de clasificación de
la proyecciones cartográficas esta en función de superficie de apoyo para
representación.
Y
sea cual sea la superficie y el método las proyecciones cartográficas siempre
presentan distorsiones.
Proyecciones utilizadas en México.
Universal
Transversa de Mercator (UTM)
Cónica
conforme de Lambert (CCL)
México se
encuentra en 6 Zonas UTM
Los
parámetros oficiales para la proyeccion CCL son:
-Latitud del Primer Paralelo Estándar:
17°30´N
-Latitud del Segundo Paralelo Estándar: 29° 30´ N
-Latitud del Origen de la Proyección: 12º N
-Longitud del Meridiano Central: 102° 00´ W
-Este del Origen: 2’500,000.00
-Latitud del Segundo Paralelo Estándar: 29° 30´ N
-Latitud del Origen de la Proyección: 12º N
-Longitud del Meridiano Central: 102° 00´ W
-Este del Origen: 2’500,000.00
-Norte del Origen: 0.00.
Cuadro
Resumen:
Información Espacial o Geográfica
|
|
Sistema
Coordenado
|
Geográfico
(latitud y longitud) o proyectado (X, Y)
|
Datum
|
NAD27,
ITRF92, WGS84 y NAD83(casos de frontera)
|
Proyección
Cartográfica
|
CCL o UTM (zonas 11-16)
|
Identificando Coordenadas (Caso de
México)
*
99°9'1.277"W
19°16'13.358"N Coordenadas
Geográficas
*-99.150355., 19.270377 Coordenadas Geográficas en
decimales
*2,798,723., 811,118.437 Coordenadas CCL (con los
parámetros oficiales del INEGI)
En
la proyección CCL la coordenada X siempre estará en el orden de Millones
1,083,948
- 4,081,762 aprox. y la coordenada Y de 321,523 - 2,360,208 aprox.
*497,836., 2,284,371 Coordenadas UTM. Esta es fácil de
identificar la Coordenada X
siempre estará con valores de cientos de miles ni llegara a l millon ni bajara
a menos de 100000 y la coordenada Y siempre estará en millones.
Identificando el Datum.
Para
identificar en que datum se encuentra la información espacial que estamos
trabajando solo la podremos hacer si contamos con capas con las que se pueden
de alguna manera comparar y que lógicamente estemos perfectamente seguros
en que datum esta la información con la que estamos comparando.
 |
Transformaciones en los programas de
ESRI.
En programas como Arcinfo o ARC GIS, se
cuenta con una Herramienta para la transformación de sistemas de referencia
geodésicos.
Arcinfo y ARC GIS presentan en general 2 métodos de transformación, el primero esta
enfocado al método usado en Estados
Unidos, el llamado NADCON el cual se
basa en una rejilla para calcular la diferencia entre el NAD27 y NAD83
La Segunda
opción engloba los métodos basados en los modelos de transformación de
Molodensky o Bursa-Wolf con tres y siete parámetros de transformación.
Trabajando
la referencia espacial con ArcGis 9.2
Definición del Sistema coordenado de
una capa (Shapefile)
-El primer paso saber perfectamente el
sistema coordenado de nuestra información
y el datum en el que se encuentra.
Las conocidas capas shp o shapefile, constan de tres archivos que
componen la capa. El dbf que es la tabla, el shp que es el grafico y un shx que
es el archivo que hace la liga entre los dbf y shx. Cuando le asignamos a una capa el sistema de referencia se
crea aun archivo mas con el mismo nombre de la capa pero con la extensión .prj
que es un archivo que guarda información
del sistema de referencia de la capa.
Es muy importante definir el sistema de referencia para cada capa desde
ArcCatalog.
ArcCatalog
ofrece tres opciones para asignar el sistema de referencia, el primero es el
tomar alguno predefinido por ArcGis Desktop, la segunda opción permite
importarlo de un shape, cover o imagen que tengan el sistema ya definido o bien
se puede generar un nuevo sistema o modificar un existente.
Nota: ArcCatalog solo puede
asignar el sistema de referencia no hace el cambio o transformación de un
sistema a otro, esta tarea se realiza a través de Arctoolbox.
Por ejemplo suponga que tiene una capa
y no sabe cual es el sistema de referencia. Primero determine si la capa esta
en coordenadas geográficas o en alguna proyección cartográfica (UTM o
Cónica).
uedes abrir el tema en ArcMap
y ver las coordenadas que se despliegan en la parte inferior y de acuerdo con
lo visto en los párrafos anteriores determinar el sistema coordenado.
Coordenadas geograficas, esfericas, sexagesimales.
Coordenadas CCL (Conforme Cónica de Lambert)
Definición
del Sistema de Referencia con ArcCatolog
Vamos a suponer que la
información esta en coordenadas geográficas con el Datum NAD27
Ahora bien si esta en Datum WGS84 o ITRF92, (como para fines cartográficos es lo mismo) podemos asignar los parámetros del ITRF92 para así también estar dentro de la norma. (Lo mas correcto es definir a cada uno con sus parámetros aunque para fines prácticos lo anterior puede resultar muy benéfico.)
Ahora bien si esta en Datum WGS84 o ITRF92, (como para fines cartográficos es lo mismo) podemos asignar los parámetros del ITRF92 para así también estar dentro de la norma. (Lo mas correcto es definir a cada uno con sus parámetros aunque para fines prácticos lo anterior puede resultar muy benéfico.)
Entonces si es ITRF92 y también
con coordenadas geográficas la forma de asignar los
parámetros son los siguientes
Reproyectando la información
Reproyectando la información
Si tenemos información en coordenadas geográficas, en
UTM o CCL y lo que necesitamos es que
esta información este en coordenadas diferentes lo que tenemos que generar es una
nueva capa reproyectada.
Nota: para esto se necesita que forzosamente ya este bien
definida la referencia espacial de la información que vamos a reproyectar.
Geográficas a CCL
Cambio de DATUM
Lo mas recomendable es realizarlo con TRANINV dentro de la pagina de Internet de INEGI.
ArcGis ofrece una solución que no cumple como la hace TRANINV y aplica solo para cambio de NAD27 a WGS84 y como se ya mencionado WGS84 es prácticamente los mismo que ITRF92.
ArcGis detecta
automáticamente cuando se esta reproyectando la información si existe un cambio
en el Datum.
Cuando detecta un cambio de nombre en la opción:
Se detecta un cambio de DATUM.
Esta opción sale del recuadro:
Anexo la siguiente información:
Consideraciones finales
Cuando hacemos diagnósticos del medio físico natural, se hacen con información geográfica de INEGI denominada:
CONJUNTO DE DATOS VECTORIALES TEMATICOS ESCALA 1 A 250,000
No existe información de escala mayor, la referencia geográfica de esta información es
Proyección: UTM
Datum: NAD27
Debido a que el medio físico natural no cambia la información disponible contiene la referencia geográfica con la que el INEGI tenia su cartografía hasta antes de 1998.
A excepción de la carta de USO DE SUELO Y VEGETACIÓN la cual si cambia y ya esta en la serie 5
y esta a pesar de que en la documentación del INEGI y en los metadatos diga que es:
Proyección: CCL
Datum:ITRF92
La verdad es que ya van 5 veces que compruebo que esta errónea la referencia puesto que realmente están en:
Proyección: UTM
Datum:ITRF92
La información GEOESTADISTICA RURAL Y URBANA efectivamente están en:
Proyección: CCL
Datum:ITRF92
En el INEGI ya esta disponible toda esta información de modo gratuito en formato shape, solo te tienes que registrar para poder bajar la información.
Desafortunadamente no esta disponible todo el país, entonces vas al centro de servicio de tu ciudad y allí te proporcionan la información geográfica de modo gratuito pero desafortunadamente el tema de las referencias geográficas es difícil de entender así que si no te dan una explicación satisfactoria puedes entrar al chat del INEGI y después preguntar tus dudas de este tema seras canalizado a una linea de atención telefónica con expertos en cartografía y geodesia que resolveran tus dudas en el mismo idioma! por fin alguien que me entiende! jajaja
Te recomiendo que cuando comiences un proyecto nuevo en ARC GIS el primer archivo que anexes sea el que va a tener la proyeccion y el datum de todo el proyecto, en la actualidad es obligatorio que lo tengamos todo en:
Proyección: UTM
DatumWGS84
Si cuentas con un archivo con esta referencia geográfica agregalo y tu proyecto de ARC GIS es decir tu DATAFRAME quedara definido, después con la información expuesta en esta publicación define la proyección y el datum de todos los shapes que vayas a utilizar, recuerda que no puedes mezclar escalas pequeñas con grandes, es decir que metas escalas 1 a 1,000,000 nacional para representar tu mapa en escala 1: 100,000 evidentemente que los razgos no coincidirán y esto nada tiene que ver con cambios de proyecciones o datums, la única escala que podemos mezclar es la de 1:250 000 con mayores, tratándose del medio físico natural los resultados son viables, además de que no existe información geográfica de mayor escala en la mayor parte del país, por ultimo cuando agregues un tema que tiene sistema de referencia diferente te aparece un cuadro en donde se puede dar solución, paso a paso, jamas le des el botón de aceptar sin entender que dentro hay opciones, a esto se le conoce como proyección al vuelo la diferencia de este sistema con la herramienta de REPROYECTAR es que al vuelo es virtual y la otra genera archivos totalmente nuevos, ambos métodos son correctos, sin embargo he tenido la experiencia de que algunos procesos de análisis espacial y de herramientas especiales marcan errores, cuando la geometría tiene variaciones en los sistemas de referencia, cuando estés en un lío de estos, reproyecta y veras como las herramientas funcionan bien.
Elaborar cartografía que empalme correctamente es fundamental para elaborar diagnósticos profesionales, recuerda que la cartografía de los programas de desarrollo urbano es el fundamento espacial de un documento de carácter técnico jurídico.
Vinculo a una colección de CONJUNTO DE DATOS VECTORIALES TEMATICOS INEGI ESCALA 1 A 250 000
Te recomiendo que cuando comiences un proyecto nuevo en ARC GIS el primer archivo que anexes sea el que va a tener la proyeccion y el datum de todo el proyecto, en la actualidad es obligatorio que lo tengamos todo en:
Proyección: UTM
DatumWGS84
Si cuentas con un archivo con esta referencia geográfica agregalo y tu proyecto de ARC GIS es decir tu DATAFRAME quedara definido, después con la información expuesta en esta publicación define la proyección y el datum de todos los shapes que vayas a utilizar, recuerda que no puedes mezclar escalas pequeñas con grandes, es decir que metas escalas 1 a 1,000,000 nacional para representar tu mapa en escala 1: 100,000 evidentemente que los razgos no coincidirán y esto nada tiene que ver con cambios de proyecciones o datums, la única escala que podemos mezclar es la de 1:250 000 con mayores, tratándose del medio físico natural los resultados son viables, además de que no existe información geográfica de mayor escala en la mayor parte del país, por ultimo cuando agregues un tema que tiene sistema de referencia diferente te aparece un cuadro en donde se puede dar solución, paso a paso, jamas le des el botón de aceptar sin entender que dentro hay opciones, a esto se le conoce como proyección al vuelo la diferencia de este sistema con la herramienta de REPROYECTAR es que al vuelo es virtual y la otra genera archivos totalmente nuevos, ambos métodos son correctos, sin embargo he tenido la experiencia de que algunos procesos de análisis espacial y de herramientas especiales marcan errores, cuando la geometría tiene variaciones en los sistemas de referencia, cuando estés en un lío de estos, reproyecta y veras como las herramientas funcionan bien.
Elaborar cartografía que empalme correctamente es fundamental para elaborar diagnósticos profesionales, recuerda que la cartografía de los programas de desarrollo urbano es el fundamento espacial de un documento de carácter técnico jurídico.
Vinculo a una colección de CONJUNTO DE DATOS VECTORIALES TEMATICOS INEGI ESCALA 1 A 250 000
