Este documento presenta los objetivos y contenidos de la parte B del módulo 2 de análisis de datos espaciales. Introduce los formatos de datos espaciales vectoriales y raster, conceptos sobre imágenes digitales como píxeles y canales, y métodos de georreferenciación y rectificación de imágenes.

1. Módulo 2: Análisis de
Datos Espaciales - Parte B
Prof. RICARDO CUBEROS MEJIA
ricardocuberos@gmail.com
FACULTAD DE
UNIVERSIDAD ARQUITECTURA INSTITUTO DE
DEL ZULIA Y DISEÑO INVESTIGACIONES
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B

2. Objetivos de la parte B del Módulo II
 Introducción al Geoprocesamiento
 Ingreso de datos espaciales (vector – raster)
 Introducción a las imágenes digitales
 Georeferenciación y rectificación
 Herramientas de Análisis Espacial
 Operaciones entre elementos
 Operaciones entre temas
 Geoestadística
 Operaciones estadísticas
 Interpolación y simulación
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3. Introducción al
geoprocesamiento
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4. Formatos de datos espaciales
 Los SIG puede utilizar datos espaciales en diversos
formatos
Cobertura
Shapefile Geodatabase
Internet Map
CAD Service
Raster Tables
SIG
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5. Formatos Vectoriales
 Shapefile
 Clase de elemento simple
 Los atributos son almacenados en una tabla
dBASE
 Compuesto de varios archivos separados
 Se puede crear y editar con ArcGIS o ArcView
3.x
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6. Formatos Vectoriales
 Coberturas
 Múltiples clases de elementos
 Los atributos se almacenan en tablas tipo
INFO
 Puede solo ser almacenado en un Workspace
ArcGIS
 Solo se puede editar con ArcInfo Workstation
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7. Formatos Vectoriales
 Geodatabases
Almacena los elementos espaciales y sus
atributos en la misma base de datos relacional
(RDBMS)
Puede combinar diferentes tipos de
elementos (puntos, líneas, polígonos, redes)
Puede almacenar imágenes
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8. Formatos Vectoriales
 Archivos CAD
 Archivos de Diseño Asistido por computadora (DXF, DWG, DGN)
 Colección lógica: Despliega una o todas las clases de elementos
 Son editables después de exportar a un Feature Class en un
geodatabase, cobertura o shapefile
Archivo CAD (tabla solo lectura)
Campo Shape
accede a
coordenadas
Sólo-lectura
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9. Formatos Raster
 Filas y columnas de igual tamaño
 Cada celda almacena un valor
 Detalle depende del tamaño de la celda
 Grids (Formato raster nativo de ESRI)
 Imágenes (TIFF, BMP, SID, JPEG, ERDAS)
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10. Imágenes digitales
 Toda imagen adquirida por un sensor estará en formato
digital, debido a que el sensor al explorar
secuencialmente la superficie terrestre, capta la
radiación que proviene de los distintos objetos que
sobre ella se encuentra. La radianza recibida, por lo
tanto, va a depender de las características de cada
ámbito espacial que el sensor observa en cada instante.
 La unidad mínima de información de la imagen,
denominada ―píxel‖ (picture element), los cuales van a
constituir los datos captados y guardados en una matriz
de píxeles.
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11. Imágenes digitales
 Los píxeles se encuentran dispuestos en una matriz de
filas y columnas. Cada uno de estos, es definido por un
valor numérico, que codifica digitalmente la radianza
detectada por el sensor, denominado Nivel Digital (ND),
traducido, como la intensidad visual o si se prefiere
como el nivel de gris de cada píxel, los cuales son
grabados en código binario (un bits indica una posición
binaria, 0 ó 1).
 El N° de niveles de gris va a depender de la cantidad de
bits usado para determinar cuanta información puede
contener un píxel, es decir un píxel de N bits, tendrá 2n
niveles de gris. Una imagen de 8 bits, equivale a un
rango de 256 niveles de gris.
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12. Imágenes digitales
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13. Imágenes digitales
 Los datos de una imagen digital se organizan en una
matriz numérica de tres dimensiones (X,Y,Z), donde las
dos primeras (X,Y) corresponden a las coordenadas de
ubicación del píxel en la imagen o las coordenadas
geográficas de la misma, y la tercera (Z) indica la
dimensión espectral, banda o canal.
 El número de canales en la imagen es análogo al
número de bandas que el sensor puede detectar
(escáner B&W, foto RGB, imagen satelital Landsat
ETM+, modelos ráster elaborados)
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14. Imágenes digitales
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15. Formatos de almacenamiento
 Compresión sin pérdida:
 Condensa las cadenas de código sin despreciar nada de la
información que integra la imagen, garantizando que ésta no
sufre alteraciones de los datos al ser comprimida y
descomprimida. Ofrece poca capacidad de compresión, dado
que su fin es presentar una exacta visualización de la imagen.
Asigna un código a cada ND que encuentra, y mapea los ND
iguales (formatos BMP, PCX, GIF, TIF, GEOTIFF, ZIP, PDF)
 Compresión con pérdida:
 Los algoritmos usados para reducir las cadenas del código,
desechan información redundante de la imagen, perdiéndose
parte de los datos (formatos JPG, ProJPG, SID, EPS, PS).
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16. Ejercicio 1. Visualización de datos espaciales
 Cargado de diversos formatos
 Ejercicio a realizarse en ArcGIS 10
 Duración: 30 minutos
 Vias POU
 Imagen Landsat
 Imagen QuickBird
 Plano 1956
 Indio Mara
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17. Geometría de las imágenes digitales
 Durante el proceso de captura, las imágenes sufren
ciertas distorsiones geométricas debido a
movimientos del sensor, ya sea en la distancia al
objetivo, por corrimiento horizontal a lo largo de su
trayectoria, alabeo, cabeceo, rotación con respecto al
eje vertical, a la óptica del sensor, o a las
características del terreno (relieve).
 Estas distorsiones pueden ser reducidas a límites
aceptables para su utilización mediante el proceso
denominado Ajuste a una base cartográfica,
Georeferenciación, Corrección Geométrica o Registro
de Imágenes.
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18. Geometría de las imágenes digitales
DISTANCIA ALABEO
CABECEO DESPLAZAMIENTO
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19. ¿Qué es la Georeferenciación?
 La georeferenciación consiste en dar a cada
pixel o elemento vectorial su localización en un
sistema de coordenadas estándar (UTM,
Lambert, Geográficas, etc.), para poder
combinar: Imágenes de diferentes fechas, de
diferentes sensores, imágenes adyacentes, de
diferentes vistas, imágenes con otras fuentes
de datos como puntos tomados con GPS,
información, vectorial, etc.
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20. ¿Qué es la Georeferenciación?
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21. Georeferenciación vs Rectificación
 La georeferenciación se refiere al proceso de asignar
coordenadas cartográficas a los datos de una imagen.
Los datos pueden estar ya proyectados en el plano
deseado, pero no estar referenciados en el sistema de
coordenadas apropiado. La rectificación, por definición,
involucra la georeferenciación ya que todos los
sistemas de proyección cartográfica están asociados
con coordenadas cartográficas.
 La georeferenciación, por sí misma, involucra
únicamente el cambio de la información de coordenadas
cartográficas en el archivo de la imagen. La cuadrícula
(grilla) de la imagen no cambia
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22. Georeferenciación vs Rectificación
 La rectificación es necesaria en los casos en los cuales
la cuadrícula de píxeles de la imagen se debe cambiar
para ajustarse a un sistema de proyección cartográfica
o a una imagen de referencia.
 También para el desarrollo de bases de datos SIG para
modelamiento, creación de fotomapas exactos, la
superposición de imágenes con datos vectoriales, la
comparación de imágenes que están originalmente en
escalas diferentes, la extracción de medidas exactas de
áreas y distancias, y la realización de otros análisis que
requieren posiciones geográficas precisas
 Antes de rectificar los datos, se debe determinar el
sistema de coordenadas apropiado para los datos
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23. Georeferenciación vs Rectificación
 La rectificación no es necesaria si no existe distorsión
en la imagen. Si un archivo de imagen se obtiene
mediante ―escaneo‖ de un mapa en papel que está en el
sistema de proyección deseado, entonces la imagen ya
es plana y no requiere rectificación a menos que exista
inclinación o rotación de la imagen. Como estas
imágenes no contienen ninguna información de
coordenadas cartográficas, requieren únicamente ser
georeferenciadas, para lo cual se necesita un archivo de
encabezado basado en la coordenada cartográfica de la
esquina superior izquierda de la imagen y el tamaño de
la celda (el área representada por cada pixel).
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24. Métodos de Georeferenciación
 Creación de archivo world
 Georeferenciación simple con 3 puntos de
control
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25. Métodos de Georeferenciación
 Creación de archivo world
 La información vectorial se almacena en un sistema
de coordenadas X, Y que aumentan de izquierda a
derecha y de abajo hacia arriba.
 Las imágenes se almacenan en filas y columnas, de
izquierda a derecha y de arriba hacia abajo. Los SIG
transforman el centro de cada pixel en coordenadas
x, y para superponerlas con datos vectoriales. Para
ello, necesitan información de ―cabecera‖ WORLD
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-25

26. Métodos de Georeferenciación
 Creación de archivo world
 Cabecera (header) para una imagen:
 Tamaño del píxel en horizontal (en X)
 Rotación del píxel en el sentido de las X (fila)
 Rotación del píxel en el sentido de las Y (columna)
 Tamaño del píxel en vertical (en Y)
 Coordenada X del centro del píxel superior izquierdo
 Coordenada Y del píxel superior izquierdo
 Formatos: tfw, jpw, blw (editable con el BLOCK)
 SI no hay cabecera, las filas y columnas se adoptan
como coordenadas
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27. Métodos de Georeferenciación
 Creación de archivo world
 Para el caso de CAD: Si el plano cubre un área
pequeña, no es necesario rectificarlo sino aplicarle
una transformación de coordenadas
 Con 1 punto se traslada el plano, con 2 puntos se
obtiene una rotación, cambio de escala y traslación
de todos los puntos del CAD
 (X Y del CAD) (X Y del sistema de referencia)
 Formatos: .wld (para dxf)
 Editable con el block de notas
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28. Métodos de Georeferenciación
 Creación de archivo world
 Georeferenciación simple con 3 puntos de
control
 Las transformaciones son homogéneas en toda la
geometría del archivo.
 Con 3 puntos se obtiene una rotación, cambio de
escala y traslación en 3D de todos los puntos del CAD
 Aplican algunos criterios de selección de puntos
adoptados para la rectificación.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-28

29. Ejercicio 2. Georeferenciación de ráster
 Georeferenciación simple con la creación del
WorldFile
 Ejercicio a realizarse en ArcGIS 10
 Duración: 30 minutos
 Indio Mara
 Plano 1956
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30. Métodos de Rectificación
 Corrección Orbital
 Enfoque empírico con puntos de control
 Puntos de Control con MDE (Ortorectificación)
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31. Corrección Orbital
 Aplicable a imágenes obtenidas por sensores
remotos ubicados en satélites artificiales,
requieren de las características de la órbita
(parámetros orbitales) y del sensor para
elaborar un modelo que simule las fuentes de
error y su influencia. A pesar de que es el
método menos preciso, tiene la ventaja de que
puede ejecutarse de forma casi automática.
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32. Puntos de Control Terrestre (GCP)
 Es un enfoque empírico de rectificación que elabora un
modelo de los errores de la imagen, utilizando puntos
de control análogos entre la imagen a corregir y a una
base de referencia. Es un método de regresión basado
en polinomios de transformación, donde se debe
determinar el tipo de ecuación que se va a utilizar, es
decir, si se va a emplear un polinomio de primer orden
(transformación lineal), segundo orden (transformación
cuadrática), u otro grado. El grado del polinomio
depende de la cantidad de puntos de control que se
tengan y de ello depende el tipo y la calidad del ajuste
de la imagen resultante.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-32

33. Puntos de Control Terrestre (GCP)
 Los GCPs consisten de dos pares X,Y de
coordenadas:
 Coordenadas fuente: usualmente coordenadas de
archivo de los datos de la imagen que se va a
rectificar
 Coordenadas de referencia —las coordenadas del
mapa o de la imagen de referencia a la cual la imagen
fuente se va a registrar
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-33

34. GCP + MDE (Ortorectificación)
 Además de utilizar puntos de control (GCP),
emplea un modelo digital de elevaciones de
terreno (MDE/DTM) para corregir las
deformaciones producidas por el relieve de la
superficie terrestre. En vez de utilizar
polinomios, genera un modelo matemático
complejo.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-34

35. GCP + MDE (Ortorectificación)
 La Ortorectificación es una forma de
rectificación que corrige el desplazamiento
debido a diferencias de altura en el área de
estudio. Está basada en GCPs en 3D.
 En áreas relativamente planas, la
ortorectificación no es necesaria, pero en áreas
montañosas (o en fotografías aéreas de
edificios), en las cuales se requiere un alto
grado de exactitud, se recomienda la
ortorectificación (fotogrametría)
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-35

36. Procedimiento para GCP
 La rectificación consta de cinco pasos:
 Búsqueda de puntos de control,
 Construcción del modelo matemático de ajuste,
 Cálculo de la nueva ubicación de cada píxel o vector,
 Generación de la imagen corregida y
 Verificación de los resultados.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-36

37. Búsqueda de Puntos de Control
 Depende del nivel de complejidad de la
georeferenciación:
 Transformación simple: Determinar las coordenadas
documentadas de tres puntos y asignárselas a la
imagen o vector a georeferenciar
 Transformación polinómica: Consiste en seleccionar
rasgos posibles de identificar de modo preciso en la
imagen y en el mapa, como por ejemplo un cruce de
carreteras. Los puntos de control (GCP) son puntos
análogos, localizables tanto en la imagen como en la
referencia. Dicha referencia puede ser cartografía (en
formato analógico o digital), otra imagen previamente
georeferenciada, información vectorial, etc.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-37

38. Búsqueda de Puntos de Control
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-38

39. Búsqueda de Puntos de Control
 Los georeferenciación simple aplica si la
información está proyectada (sólo 3 puntos).
 Los GCP deben cumplir las siguientes
condiciones:
 Estar bien distribuidos por toda la imagen.
 La cantidad de puntos debe ser mayor del mínimo
requerido por el polinomio a utilizar (>6, >12 y >24
para polinomios de 1ro, 2do y 3er orden,
respectivamente).
 Se deben tomar en cuenta zonas con diferentes
altitudes.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-39

40. Construcción del modelo de ajuste
 Se le debe indicar al software cual será la
ecuación de Transformación que se le aplicará
a los GCP seleccionados. La transformación
lineal (polinomio de primer grado) es la más
sencilla y es útil cuando sólo se requiere
trasladar, cambiar de escala o rotar la imagen.
Adicionalmente cuenta con la transformación
cuadrática (segundo grado), la transformación
cúbica (tercer grado), etc.
 Las ecuaciones se elaboran a partir de Tablas
GCP
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-40

41. Construcción del modelo de ajuste
Transformaciones lineales
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-41

42. Construcción del modelo de ajuste
Transformaciones No lineales
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-42

43. Construcción del modelo de ajuste
 La exactitud del ajuste se calcula en base al error
cuadrático medio de los puntos encontrados. Se
recomienda que dicho error sea inferior a 1,5 veces el
tamaño del píxel o de la precisión mínima adoptada.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-43

44. Cálculo de la nueva ubicación
 Aplicable a imágenes digitales: Debido a que la
nueva posición del píxel en la imagen corregida
la dictamina el polinomio, ésta será un número
real y no un valor discreto como el de la imagen
original; por lo tanto, es necesario calcular el
nivel digital que se le asignará a la nueva
posición, tratando que sea el valor más fiel al
captado por el sensor, cámara o escáner.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-44

45. Cálculo de la nueva ubicación
 Métodos de remuestreo (resampling):
1. El Vecino más próximo: Adopta el valor del píxel que
se encuentre más cerca de la posición calculada
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-45

46. Cálculo de la nueva ubicación
Este método conserva los
valores más cercanos a los
originales, por lo cual es
apropiado para procesos
posteriores de clasificación,
pero es poco conveniente
en sitios que presenten
contornos o elementos
lineales ya que produce el
efecto de líneas sesgadas o
escalonadas en vez de
líneas rectas
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-46

47. Cálculo de la nueva ubicación
2. Interpolación Bilineal: Calcula un promedio
ponderado de los cuatro píxeles que se encuentran
más cerca de la posición calculada. No aparece el
efecto del sesgado.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-47

48. Cálculo de la nueva ubicación
3. Convolución Cúbica: Es similar a la Interpolación
Bilineal, pero realiza el promedio ponderado en base
a 16 píxels, produciendo un efecto de suavizado en
la imagen
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-48

49. Generación de la imagen corregida
 Este paso consiste indicar al software que se
debe ejecutar el proceso de ajuste y
georeferenciación para crear una nueva imagen,
según los parámetros indicados en los pasos
anteriores, es decir, los GCP, el grado del
polinomio, la proyección y el método de
interpolación. La duración del proceso
dependerá básicamente del método de
interpolación a utilizar, siendo el vecino más
próximo la que menos tiempo ocupa y la
convolución cúbica la más exigente desde el
punto de vista computacional.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-49

50. Verificación de los resultados
 Una vez obtenida la imagen corregida
geométricamente se debe verificar el resultado
de la misma, superponiéndole la misma
cartografía de base utilizada, superponiéndole
información vectorial con que se cuente, como
por ejemplo una red hidrográfica o midiendo
algunos puntos de verificación tanto en la
imagen como en la referencia.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-50

51. Verificación de los resultados
 En caso de detectarse problemas de posicionamiento
graves (desplazamientos muy superiores al error
aceptado), se pueden tomar puntos de control
adicionales en aquellas zonas desprovistas de ellos,
eliminar los que tengan el RMS mayor al aceptable en
―x‖ o en ―y‖, revisar y ajustar la ubicación de otros
puntos si es el caso.
 El proceso de corrección geométrica debe efectuarse en
muchos casos como parte del pre-procesamiento de las
imágenes, sobre todo en los casos en que se tengan
que superponer otras capas de información, se deseen
realizar estudios multitemporales o interpretar capas
temáticas a partir de la imagen. En caso contrario,
puede hacerse al final.
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-51

52. Ejercicio 3b. Rectificación vectorial
 Preparación de archivo CAD para ser corregido
 Empleo de GCP para hacer el ajuste espacial de
un plano empleando transformaciones lineal y
de segundo orden.
 Ejercicio a realizarse en ArcCatalog y ArcGIS
 Duración: 30 minutos
 Vias POU
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53. Ejercicio 3a. Rectificación de ráster
 Empleo de GCP para rectificar una imagen,
empleando Tablas GCP para desarrollar
transformaciones polinómicas
 Ejercicio a realizarse en ArcGIS 10
 Duración: 60 minutos
 Plano 1956
 Imagen fotográfica
RICARDO CUBEROS MEJÍA – Noviembre 2011 Diplomado Básico T.I.G. Módulo II Parte B 1-53

54. Módulo 2: Análisis de
Datos Espaciales - Parte B1
Prof. RICARDO CUBEROS MEJIA
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FACULTAD DE
UNIVERSIDAD ARQUITECTURA INSTITUTO DE
DEL ZULIA Y DISEÑO INVESTIGACIONES
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