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RESUMEN
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SUMMARY
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1. Introducción
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2. MATERIALES Y METODOS
2.1 Ubicación del área de investigación
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2.2 Materiales y Métodos
En el presente estudio se utilizo un método comparativo, mediante el cual se
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2.3.- POBLACION Y MUESTRA
La población en estudio son todos los puntos de coordenadas X, Y,
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2.6.- TRATAMIENTO DE LOS DATOS
Los datos fueron procesados estadísticamente por medio de los
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3. RESULTADOS Y DISCUSION
3.1 DERIVADOS DEL DEM SRTM
3.1.1 Delimitacion de las Cuenca y la red de Drenajes del area del CI...
3.1.2 Mapa de ubicación de los Centroides de la cuenca
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3.1.4 Mapa de la Divisoria de Cuenca de la quebrada Zancudal. Delimitada con
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3.1.6 Geoubicación
Cuadro N° 03: Valores de error para coordenadas de geoubicación.
Figura 10: frecuencia del error de geo...
Actualmente los MDE constituyen una herramienta fundamental sobre todo en
estudios para describir rasgos topográficos. Los...
REFERENCIAS
BOSQUE SENDRA J (2000). Sistemas de Información Geográfica. Segunda edición.
Madrid. 450 pp.
CATIE(2005) Curso...
MATHEW C. 2008. USGS Programa GeoSUR. Desarrollo de Mapas de Relieve.
Hidrografía y Derivados para Suramérica. Corporación...
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Articulocientificotesishidalgo 2012

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comparacion de dos metodos de levantamientotopografico de la quebrada el Zancudal....CICFOR-UNU
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  1. 1. Comparación De Dos Métodos De Levantamiento De La Divisoria De Cuenca De La Quebrada El Zancudal En El Centro De Investigación Y Capacitación Forestal Cicfor - Macuya”, En Pucallpa, Perú. *Victor Manuel Hidalgo-Corpancho, Fernando Velázquez de la cruz. *Victor Manuel Hidalgo-Corpancho. Tesista .Ingeniero Forestal, Universidad Nacional de Ucayali, Perú. Especialista en Sistemas de Información. e-mail: vimahico@gmail.com.pe. Fernando Velázquez de la cruz. Asesor de tesis. Ingeniero Forestal, Msc. Universidad Nacional de Ucayali, Docente principal e Investigador, Facultad de Ciencias Forestales Y Ambientales. Especialista en Cartografia, Topografia e Hidrología.
  2. 2. RESUMEN El uso de Modelos de Elevación Digital (MED) para el análisis visual y matemático de la topografía, paisaje y cuencas se ha incrementado, gracias a los datos e imágenes provenientes de sistemas satelitales que posibilitan la generación de MED a menor costo y mayor accesibilidad. Tal es el caso del MED del SRTM, que permiten obtener mapas de mejor calidad, porque existe insuficiencia de datos topográficos de la amazonia peruana, por ello esta fuente de información es satisfactoria para la delimitación de cuencas. Sin embargo, a pesar de que los rangos de precisión están, en general, bien descritos para cada plataforma, diversos autores recomiendan que las validaciones, deben realizarse a nivel local para tomar mejores decisiones. En este trabajo, se realiza una comparación cuantitativa, de la calidad de los DEM SRTM, para la delimitación de la cuenca de la quebrada El Zancudal, con ayuda del software Arcgis 9.3, en un área con cobertura arbórea. El análisis comparativo se estableció entre la divisoria de cuenca de la quebrada El Zancudal, obtenida con un modelo de delimitación de cuencas, diseñado en forma Digital en el software Arcgis 9.3, y cargado a un GPS con el DNR Garmin 5.4, con la delimitación en el campo abriendo una trocha, registrado con la función Track del GPS. La comparación se establece entre las coordenadas UTM (x, y) de los Centroides de las curvas de nivel de los puntos más altos, por los que pasa la línea divisoria de cuenca y las coordenadas de los Waypoints registradas en las cimas de las colinas, en el trabajo de campo con el GPS. Para la validación se utilizo el test-cartográfico de la NSSDA. Los resultados indican que existen errores de geoubicación de 34.86 metros, en esta comparación un factor que influencio mucho fue el dosel vegetal. Palabras clave: DEM SRTM, Cuenca hidrográfica, Arcgis 9.3, dosel vegetal.
  3. 3. SUMMARY The use of Digital Elevation Models (DEM) for visual and mathematical analysis of the topography, landscape and watershed has increased, thanks to the data and images from satellite systems that enable the generation of MED to lower cost and greater accessibility. Such is the case of the DEM SRTM, allowing to obtain better quality maps, because there is insufficient topographic data of the Peruvian Amazon, so this source of information is satisfactory for delimitation of basins. However, while the ranks of precision are, in general, well described for each platform, various authors recommend that validations must be made at the local level to make better decisions. In this work, is a quantitative comparison of quality of DEM SRTM for delimitation of Quebrada El Zancudal, with the help of Arcgis 9.3 software, in an area with vegetation cover. El comparative analysis was established between the divide of the stream El Zancudal, obtained with a delineation of watershed model, designed digital in Arcgis 9.3 software form, and uploaded to a GPS with DNR Garmin 5.4 with the delimitation in the field by opening a trail, registered with the Track of the GPS function. The comparison is established between the UTM coordinates (x, and) of the centroids of contour lines of points more senior, passes the watershed basin and coordinates of Waypoints recorded in the tops of the hills in the field with GPS work. For validation will use the test-mapping of the NSSDA.The results indicate that there are geoubication errors of 34.86 meters, in this comparison a factor that influenced much was the canopy. Key words: DEM SRTM, watershed, Arcgis 9.3, Vegetable canopy.
  4. 4. 1. Introducción En la región Ucayali a inicios del presente siglo, el gobierno regional presento los primeros mapas digitales de toda la región. Los limites distritales, provinciales y con otras regiones, son límites naturales claramente definidos, como ríos o divisorias de cuencas. En los centros poblados limítrofes con otras regiones o donde existen recursos naturales valiosos, cuya utilización genera conflictos, no existen mapas detallados que definan estos límites. En la última década se ha empezado a utilizar los datos del Shuttle Radar Topography Mission SRTM y del satélite ASTER, pero no se tienen datos de los errores que se obtienen en el campo. En la actualidad el único documento cartográfico que existe para toda la selva peruana, es la carta nacional a escala 1: 100 000, con curvas de nivel cada 40 metros. Con esta información no es posible la delimitación de cuencas de orden menor. Hoy en día la información digital avanza rápidamente, cubriendo diversos campos del conocimiento humano, así la era de la modelación digital de la superficie terrestre a comenzado a dar sus frutos. Modelar desde un computador el relieve y diseñar mapas específicos, es imprescindible en la planificación de cualquier obra de infraestructura. El levantamiento topográfico, es necesario para obtener información básica, de los procesos que ocurren en la superficie de la tierra. Se utiliza en los análisis de ecología, hidrología, agricultura, climatología, geología, edafología, geomorfología, y muchos otros, como un medio para explicar los procesos y establecer predicciones a través del modelado. Nuestra capacidad para entender y modelar estos procesos depende de la calidad de los datos topográficos que están disponibles. (Jarvis, 2004). Modelar estos procesos con precisión, en grandes extensiones espaciales o en áreas internacionales es muy difícil, debido a las inconsistencias existentes entre datos topográficos adyacentes. (Mathew, 2008). Este estudio constituye un aporte en la investigación y planificación del manejo de Cuencas hidrográficas en el CICFOR-Macuya de la Universidad Nacional de Ucayali y en la Amazonia Peruana.
  5. 5. 2. MATERIALES Y METODOS 2.1 Ubicación del área de investigación El trabajo se realizó en el área del Centro de Investigación y Capacitación Forestal - Macuya (CICFOR – Macuya), de la Universidad Nacional de Ucayali, ubicado en el Kilómetro 5 de la Carretera Fernando Belaúnde Terry, entre las coordenadas Geográficas 8º 52’ 15’’ y 8º 56’ 09’’ de Latitud Sur, 75º 01’ 17’’ y 74º 57’ 46’’ de Longitud Oeste, a 205 m. sobre el nivel del mar, en el distrito de Irazola, provincia de Padre Abad, departamento de Ucayali (Ver figura: parte inferior). El CICFOR – Macuya abarca una superficie de 2 469.70 ha y se encuentra en la zona de vida Bosque muy húmedo – Pre montano tropical (bmh-PT), una temperatura media anual de 23.5 °C, con muy poca variación entre máximos y mínimos a lo largo del año. La humedad relativa promedio anual es de 85 %, la precipitación anual varía entre 2 000 y 2 500 mm, que incluye un periodo seco y otro lluvioso que corresponde a los meses de noviembre a marzo, la evapotranspiración potencial es de aproximadamente 1 300 mm.
  6. 6. 2.2 Materiales y Métodos En el presente estudio se utilizo un método comparativo, mediante el cual se compara la línea divisoria de la cuenca de la quebrada El Zancudal, utilizando el modelo de elevación digital del SRTM con pixel 30 m, bajado de internet con el software Global Mapper 13.0 y procesados con el software ArcGIS 9.3, con la línea divisoria de la cuenca registrada en el campo con un GPS Garmin Map 60 CSx, mediante la apertura de una trocha. El método de investigación en el presente proyecto es comparativo, para el cual se realizaran los siguientes pasos, en la siguiente secuencia. - Los datos del SRTM se bajan de Internet con el software Global Mapper 13.0. - Los datos del DEM del SRTM (30 x 30 de pixel) del área en estudio, se procesan con un modelo de delimitación de cuencas, diseñado en el Model Builder editado en forma Digital en el software Arcgis 9.3, obteniéndose productos derivados como el mapa de la divisoria de cuencas, red de drenaje, curvas de nivel cada 1 metro. - La divisoria de cuencas se carga al GPS Garmin 60CSx, por medio del software DNR Garmin 5.4. - Obtener la coordenadas UTM (x, y) de los Centroides de las curvas de nivel, de los puntos más elevados de la divisoria de cuencas, obtenidos con el software ArcGIS 9.3 en el computador, para compararlos con las coordenadas de los puntos más altos, que se registren con el GPS (Waypoints) en el campo. - El levantamiento de la línea divisoria de cuencas, se registra mediante la función Track del GPS Garmin 60CSx, abriendo una trocha desde la desembocadura de la quebrada El Zancudal en la Quebrada Cashibo. Durante el trayecto se registran mediante Waypoints, las coordenadas de los puntos más elevados (cimas de las colinas), que dividen una cuenca de la adyacente. - La diferencia entre las coordenadas de los Centroides, con las coordenadas de los Waypoints, se comparan mediante la prueba estadística del Cuadrado Medio del Error.
  7. 7. 2.3.- POBLACION Y MUESTRA La población en estudio son todos los puntos de coordenadas X, Y, correspondientes al área del CICFOR – Macuya, tomados de los datos del SRTM con un pixel de 30 metros. La muestra del presente estudio serán los puntos X, Y (Centroides) registrados durante el levantamiento de la cuenca en el CICFOR – Macuya. 2.4.- INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS - Ordenador portátil - GPS Garmin 60 CSx. - Cámara digital - Libreta de campo - Brújula SUNNTO. 2.5.- PROCEDIMIENTO DE RECOLECCION DE DATOS Los datos digitales del SRTM se bajaron del internet, por medio del Software, Global Mapper 13.0, los archivos con las extensiones correspondientes se guardaron en un ordenador portátil, para luego ser procesados. FORMATO DE RECOLECCION DE DATOS DIGITALES(Centroides) ID X ,SRTM Y SRTM 1 2 3 … FORMATO DE RECOLECCION DE DATOS DE CAMPO ID X GPS Y GPS Características 1 2 3 Cuadro 01.Formato de Recolección de datos digitales (Centroides) Cuadro 02.Formato de Recolección de datos de campo
  8. 8. 2.6.- TRATAMIENTO DE LOS DATOS Los datos fueron procesados estadísticamente por medio de los siguientes parámetros: Error cuadrático medio (RMSE ó RCEMC): Permite comparar el ajuste entre los datos observados en campo y los extraídos del DEM. Las unidades son las mismas de los datos observados. Valores de RMSE iguales a 0 son óptimos ya que los errores no existirían y la relación sería perfecta, pueden darse cualquier valor positivo. e = Error obtenido en DEM srtm-gps(Waypoints) n= total de puntos Lo mismo para la componente Y(RMSEY). Luego calcular el RMSEr para la componente posicional (XY) según: ESTANDAR SEGÚN LA NSSDA (NACIONAL STANDARD FOR SPATIAL DATA ACCURACY) La exactitud debe reportarse utilizando la raíz cuadrada del error medio Cuadrático (RCEMC) para un nivel de confianza del 95% en las unidades del mapa. La RCEMC debe calcularse utilizando un mínimo de 20 puntos de muestreo. • Exactitud horizontal = 1.7308 * RCEMC r. Estándar Nacional para la Exactitud de Datos Geospaciales (NSSDA, por sus siglas en Inglés) (FGDCSTD- 007.3-1998)
  9. 9. 3. RESULTADOS Y DISCUSION 3.1 DERIVADOS DEL DEM SRTM 3.1.1 Delimitacion de las Cuenca y la red de Drenajes del area del CICFOR-Macuya. Figura 02: DEM SRTM. Descargado de la web del CGIAR, por medio del software Global Mapper 13.0. Resolución de pixel de 30 x 30 metros, esta información nos sirve para efectuar en forma automática, la delimitación de Cuencas y la red de drenajes del área de CICFOR-Macuya en el Arcgis 9.3 con la extensión MODELBUILDER . En la figura 03 se muestra las curvas de nivel cada 1m del área de la cuenca, y el Tin creado como producto de estas curvas. Esta información para la delimitación digital de la cuenca de la quebrada el Zancudal. También se determinó un punto central de Ubigeo de la cuenca las coordenadas UTM: X = 499 091.398 m Y= 9 017 991.078m.Este dato servirá para la ubicación a escala global de la Cuenca. Figura 03.Delimitacion de las cuencas y red drenajes del Área de CICFOR-Macuya Figura 04.Mapa de curvas de nivel cada 1m y el Tin de la cuenca de la Quebrada Zancudal
  10. 10. 3.1.2 Mapa de ubicación de los Centroides de la cuenca En la figura 05 se muestra la ubicación de los Centroides(ver cuadro 04 del anexo 05).A partir de las zonas de mayor elevación de las curvas de nivel cada 1m por donde pasa la Divisoria de cuenca(ver imagen parte inferior: Derecha).De esta información se obtiene los datos de las coordenadas X Y de los puntos muestra, para su posterior ubicación en campo con sus homologos.Ademas se muestra el punto de la naciente de la cuenca de la Quebrada Zancudal representado por el punto 0 en la imagen superior, cuyas coordenadas UTM son: X = 500 293.616 m Y= 9 018 299.724 m. Sin embargo este mismo punto de la naciente tomada con el GPS en campo nos da las siguientes coordenadas X= 500 263.374 m Y= 9 018 335.777m. 3.1.3 Mapa Comparación de datos obtenidos del DEM SRTM y el obtenido en campo En la figura 06 se muestra la ubicación de los 23 puntos Centroides (puntos rojos) y sus homólogos obtenidos con GPS Garmin 60 CSx, (Puntos azules).Se observa que los puntos obtenidos en campo tienen diferente ubicación con respecto a los puntos Centroides.ver Cuadro (03) y el cuadro 06 del anexo 07. Figura 05.Mapa de ubicación de los Centroides de las zonas más altas de la cuenca Figura 06. Mapa de comparación de los Centroides con los Waypoints
  11. 11. 3.1.4 Mapa de la Divisoria de Cuenca de la quebrada Zancudal. Delimitada con los datos de campo. En la figura 07. Se muestra la divisoria de cuenca delimitada con los datos obtenidos en campo (Waypoints) con el GPS Garmin 60 CSx. Esta delimitación es un trazo con datos que tiene la cuenca de la quebrada el Zancudal en el campo (ver cuadro 05 anexo 06) 3.1.5 Delimitación de la cuenca de la quebrada Zancudal con los datos SRTM y el GPS (campo). En la figura 08 se observa la divisoria de Cuenca de la quebrada el Zancudal delimitada con los datos del SRTM (Centroides) y con los datos obtenidos del GPS en campo (Waypoints).En la figura 09 se muestra el perfil del terreno en plano de 3D para una mejor análisis de la cuenca. Con respecto a la cuenca delimitada en forma digital nos da un perímetro de 8 089.31563 m (8.0893 km) y un área de 231.6865 Ha (ver figura: 04). En tanto en el nuevo trazo con los datos obtenidos en campo con el GPS se tiene una perímetro de 8 124.05778m (8.1240 km) y un área 234.0219 Ha.(ver figura 08) Figura 07. Mapa de la divisoria de Cuenca de la Quebrada Zancudal Figura 08 vista normal: cuenca de la quebrada Zancudal con los datos SRTM y el GPS (campo). Figura 09 vista 3D: cuenca de la quebrada Zancudal con los datos SRTM y el GPS (campo).
  12. 12. 3.1.6 Geoubicación Cuadro N° 03: Valores de error para coordenadas de geoubicación. Figura 10: frecuencia del error de geoubicación El cuadrado medio de error radial CMEr es de 34.86 metros (60.34 metros al 95% IC) para el radio de ubicación del punto deseado (ver cuadro 03). Lo que significa que los errores obtenidos en la contrastación de los puntos Centroides y los Waypoints para la geoubición de los puntos, deben estar por debajo de 60.34 m según el test-de la NSSDA.lo que nos da un resultado óptimo en la calidad de información para este tipo de estudio. Esto se puede apreciar claramente en la consistencia del error que representa un comportamiento de la curva normal. (Ver figura 10) Sin embargo esta dato CMEr está sobre el valor encontrado por ESTELA (2011), quien encontró un error de geoubicación 28.33 m y de 49,04 metros al 95% IC. También Rodríguez (2006), quien encontró un error de geoubicación de 9 metros para Sudamérica y SRTM, 2009 donde menciona que la exactitud absoluta horizontal SRTM es de 20 m (error circular con una probabilidad del 90 %), esta diferencia puede deberse a geoformas en la cual se encuentra la Divisoria de Cuenca(Ver figura 09), otra causa de este error seria atribuido al sesgo de follaje como lo menciona KELLNDORFER, 2004, debido a la corta (5,6 cm) longitud de onda de la Banda C, la mayoría de las ondas del radar recibidas sobre áreas densamente vegetadas, se reflejan de vuelta en el follaje, bastante por encima de la superficie de la tierra desnuda, no siendo un reflejo exacto del suelo, sino más bien de la cobertura boscosa(Ver figura 08 y 09). 0 5 10 15 0 20 40 60 y mayor...FRECUENCIA ERROR (metros) X CME GEOUBICACION Coordenada X Y Max 50.249 47.030 Min 4.709 1.853 CME 24.34 24.95 CMEr 34.86 95 % IC 60.34
  13. 13. Actualmente los MDE constituyen una herramienta fundamental sobre todo en estudios para describir rasgos topográficos. Los MDE permiten de forma fácil la representación de las formas del relieve, la producción de cortes transversales y la creación de animaciones en tres dimensiones. Además, el almacenamiento de la información digital no sufre deformaciones como sucede con los mapas convencionales.por ende se recomienda hacer estudios de mediciones y georeferenciación del SRTM bajo cobertura boscosa, lo cual hasta la fecha, no hay información disponible, por que los errores que tiene el SRTM en sitios con abundante vegetación, son mayores a los datos en sitios sin vegetación. 4. CONCLUSIONES El método de comparación de la cuenca de la quebrada el Zancudal en el CICFOR – Macuya, utilizando la información del DEM SRTM (de 30 m x 30 m de pixel), es satisfactorio y permite la delimitación de cuencas de gran importancia en la amazonia peruana con errores bajos. Se obtuvo el mapa Cuencas y drenajes naturales del CICFOR Macuya, curvas de nivel cada 1 metro y el TIN del área de la quebrada el Zancudal. En este aspecto la ubicación específica o Ubigeo de la cuenca de la quebrada el Zancudal tiene las siguientes coordenadas UTM: X = 499 091.398 Y= 9 017 991.078. En base a los mapas derivados del DEM SRTM, se realizo la delimitación digital de la cuenca de la Quebrada el Zancudal y se obtuvo 23 puntos de control (Centroides), las cuales estaban distribuidas a lo largo de 8.0893 km de perímetro. La información obtenida al plantear la divisoria de cuenca de la quebrada el Zancudal con los datos obtenidos en campo da como resultado un perímetro de cuenca de: 8.1240 km y un área de: 234.0219 Ha. La geoubicación de la cuenca presento un CMEr de 34.86 metros y a un nivel de 95% de intervalo de confianza, el error fue de 60.34 metros.
  14. 14. REFERENCIAS BOSQUE SENDRA J (2000). Sistemas de Información Geográfica. Segunda edición. Madrid. 450 pp. CATIE(2005) Curso internacional “Gestión de cuencas hidrográficas”, Turrialba; Costa Rica. FARR, T.y M. KOBRICK (2000). Shuttle radar topography mission produces a wealth of data, American Geophysical Union Eos online: www.geocomputation.org/2007/1A-Remote_Sensing_1/1A1.pdf. GEOSCIENCE AUSTRALIA (2005), “Geodata 9 Second DEM Version 2” http://www.ga.gov.au/nmd/products/digidat/dem_9s.htm: GOODCHILD, M.F., AND K.K. KEMP, eds. (1990).NCGIA Core Curriculum in GIS.Accuracy of Spatial Databases.National Center for Geographic Information and Analysis, University of California, Santa Barbara CA. GUTH, P. L. 2006, Geomorphometry from SRTM: Comparison to NED: Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, v. 72, no. 3, p 269 - 277. HOLMES K.W., CHADWICK O.A., KYRIAKIDIS P.C. (2000). “Error in a USGS 30- meter digital elevation model and its impact on terrain modeling”. Journal of Hydrology 233 (2000) 154-173. JACOBSEN, K. 2004a. Generierung und Validierung von Höhenmodellenauseltrauminformationen. In: EckhardSeyfert (Hrsg.): Publikationen der DGPF. Band 13. Halle, 2004, S. 475-482. JACOBSEN, K. 2004b. Analyses of Digital elevation Models based on Space Information: EARSELSymposium, Dubrovnik. JACOBSEN, K. 2005. Analysis of SRTM Elevation Models, EARSEL 3D- RS Workshop, 2005 Porto. JARVIS, A., RUBIANO, J., NELSON, A., FARROW, A., & MULLIGAN, M. (2004). Practical use of SRTM data in the tropics - Comparisons with digital elevation models generated from cartographic data. CIAT, Cali, Colombia. . Working Document no. 198, 32 pp. online: http://srtm.csi.cgiar.org/PDF/Jarvis4.pdf LI, Z., Q. ZHU AND C. GOLD (2005), Digital Terrain Modeling.Principles and Methodology, CRC Press, BocaRaton Florida, USA. LUDWIG R, P SCHNEIDER. 2006. Validation of digital elevation models from SRTM X- SAR for applications in hydrologic modeling. ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing 60:339-358. Manco,J (2007). Gestión Integral de Cuencas Hidrográficas. Programa de Doctorado y Maestría en Recursos Hídricos.Universidad Nacional Agraria “LA MOLINA”- CATIE.Lima.Pe.369pag.
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