• IsoMDE: Generación de Modelos Digitales del Terreno a partir de isolíneas

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Presentación y opciones

El método que utiliza el programa para obtener el ráster a partir de lasisolíneas no consta de un único algoritmo, sino que consiste en un conjuntode procedimientos y reglas seleccionados heurísticamente de entre varios delos planteados en la bibliografía especializada. El procedimiento madre esel trazado de perfiles entre las curvas de nivel. Considerando la especialdisposición de los datos en las curvas de nivel, con muchos datos de igualvalor muy cercanos pero alineados y grandes zonas sin ningún dato entreellas, este método suele ser mejor que la aplicación de interpoladores entrepuntos cuando los datos de que disponemos son curvas de nivel.

El trazado de estos perfiles se efectúa utilizando diferentes tipos defunciones (valores constantes, funciones lineales, funciones cúbicas, etc)según el entorno de cada punto del territorio; de esta manera se evitan losproblemas de excesiva simplicidad derivados de la aplicación de solamentefunciones lineales (las cumbres y valles quedan siempre como planoshorizontales), pero también se evitan los artefactos y la lentitud decálculo que pueden aparecer si se aplican funciones cúbicas o splines entodo momento. En cualquier caso, IsoMDE permite indicar cuál es laequidistancia entre las curvas de nivel para evitar que una función nolineal llegue a dar valores exageradamente altos o bajos en zonas de cumbreo de valle.

Otra característica de IsoMDE es que calcula los trazados sobre lascurvas originales en formato vectorial, sin pasar por una rasterizaciónprevia. Esto comporta una determinación mucho más precisa de los valoresinterpolados a lo largo de los trazados (los métodos que previamenterasterizan acaban realizando los cálculos a partir de posiciones originalesdesplazadas hacia los centros de celda del ráster que se pretende obtener).Una ventaja adicional del cálculo vectorial del trazado es que no esnecesario preocuparse por la escala original de los datos y el lado de celdadel ráster resultante. En efecto, si se opta por una rasterización previa,cuando dos o más curvas de nivel pasan por la misma celda de un rástersolamente una de ellas acaba teniéndose en cuenta en el cálculo final, yresulta determinante en el resultado cuál será la escogida, hecho sobre elque no suele tenerse un control adecuado (la mayoría de programas derasterización de líneas simplemente asignan a la celda el valor de la últimao de la primera línea que afecta a la celda).

Una segunda ventaja de la realización de cálculo vectorial es que permitefácilmente incorporar en la interpolación curvas situadas fuera del ráster aobtener y tenerlas en cuenta sin necesidad de realizar el proceso sobre unráster de más extensión territorial, el cual debería recortarseposteriormente.
Una tercera ventaja de la realización de cálculo vectorial es que evita quecuando una curva pasa inclinada 45 grados se rasterice en píxels en diagonal, ya que en este caso los perfiles trazados en la diagonal contraria no venla curva y la ignoran.

El cálculo vectorial puede ser tachado de lento, pero hay que tener encuenta que durante el proceso de rasterización de las isolíneas también seefectúa el análisis de las intersecciones una vez, y que lo que aquí sepropone simplemente multiplica aproximadamente por 4 el tiempo de esteproceso. A cambio, sin embargo, nos evitamos escribir un ráster en disco yproporcionamos una base de cálculo mucho más precisa para la determinaciónde los valores interpolados. En cualquier caso, este incremento de tiempo noes nunca crítico para el proceso conjunto que pasa las curvas de nivel alMDE final.

A pesar de su nombre, IsoMDE no está limitado a las isolíneas comoinformación de base para el proceso de interpolación. En efecto, y aunquelas curvas de nivel constituyen su principal fuente de datos, el programatambién puede utilizar la valiosa información adicional que se halla en eltrazado de líneas de cresta y de vaguada, como pusieron de relieve lasexperiencias de Peuker. En particular, note que la información relativa a laposición de las vaguadas está a menudo disponible incluso de forma explícitaya que los mapas topográficos suelen recoger las líneas de ríos ytorrentes.

IsoMDE permite tener en cuenta la existencia de líneas de cresta yvaguadas simplemente indicando los ficheros de arcos correspondientes.Cuando el análisis de los perfiles intersecta con una de estas líneas,IsoMDE determina que en aquel punto hay que ubicar un máximo o un mínimo,respectivamente si las líneas no son 3D, o a partir de la versión 4 deMiraMon, con la posibilidad de disponer de información altimétrica para cadavértice, si la línea de cresta o vaguada contiene valores Z, éstos sonconvenientemente interpolados cuando un perfil intersecta con una línea decresta o de vaguada. Si la línea no dispone de valores Z en cada vértice,serà igualmente útil para IsoMDE ya que podrá determinar mucho mejor lamorfología del relieve. Las mejoras en el resultado son especialmenteespectaculares en las zonas planas, con pocas curvas de nivel y donde elconocimiento de la línea de mínimo (río) ayuda de forma notable a evitar losartefactos producidos por la falta de información. Insistimos en laconveniencia de incorporar elementos de vaguada en el proceso, y recordemosque a pesar de que este tipo de información raramente está disponible encartografía digital antigua o en la obtenida para digitalización de mapastopográficos en papel, actualmente la mayoría de procesos de restituciónfotogramétrica ya proporcionan la cota de los vértices de los elementosrestituidos, con lo cual las líneas de vaguada (y de cresta si las hay) sonlíneas 3D con información altimétrica que será usada por IsoMDE.

El programa traza 4 perfiles desde cada celda (horizontal, vertical, ydiagonales a 45º y 135º) para encontrar información de su alrededor (curvasde nivel, vaguadas, etc), de forma similar a como operan otros algoritmospreviamente propuestos, esencialmente basados en el de Douglas. Tambiénpuede pedirse que el programa haga perfiles adicionales a 22.5º, 67.5º, etc;recomendamos vivamente trazar también estos perfiles adicionales. Asimismo,en IsoMDE el valor final de una celda del ráster no se determina a partirdel valor obtenido con uno solo de los perfiles (típicamente el de máspendiente) sino que todos los perfiles se utilizan para determinar el valorfinal. Esto permite un resultado mucho menos facetado que el obtenido conlos métodos de elección simple y nos evita tener que suavizar el MDE finalmediante la aplicación de filtros de media. Hay que recordar que laaplicación de estos filtros hace que se desvirtúen incluso los valores delas celdas donde realmente se disponía de información original debido alhecho de que eran atravesadas por una curva de nivel, hecho que se agravacuando la aplicación del filtro de media se produce más de una vez paraintentar limar los artefactos en estrella que se aprecian en el aspectofinal cuando solamente se escoge un solo perfil para cada celda y seproducen cambios súbitos en el relieve por el simple hecho de efectuar uncambio de criterio sobre cuál es la línea que suministra la informaciónfinal.

La manera en que cada perfil interviene en el valor final de cada celdapuede escogerse entre la simple media entre los valores o una ponderaciónque favorece las curvas más cercanas a cada punto (método por defecto yrecomendado). Éste último proceso puede llevarse a cabo porque durante eltrazado de los perfiles, IsoMDE también obtiene información sobre suposición relativa en el espacio. Gracias a esto, IsoMDE resulta en uninterpolador exacto, y obtenemos los valores originales en todos los centrosde celda que se hallen situados en el mismo punto que un dato original.

A pesar de la relativa complejidad del método, se ha tenido especialcuidado en su implementación, de manera que IsoMDE resulta tanto o másrápido que otros programas similares.

Para los mejores resultados, use un tamaño de píxel de entre 1 y 0.2milímetros en escala del mapa original. Por ejemplo, si la fuente de lasisolíneas es un mapa topográfico 1:50000, use un píxel entre 50 y 10 m.Nuestra experiencia nos muestra que para evitar artefactos resultantes de lafalta de información en zonas llanas en relación con la equidistancia entrecurvas en los mapas topográficos típicos, suele ser mejor optar por obtenerel MDE con un lado de celda de dimensiones equivalentes a 1 mm en la escaladel mapa (por ejemplo si la fuente es un mapa 1:50000, obtenga un MDE depíxel de 50 m) y, si necesita un MDE con la celda menor densifique el rásteral tamaño deseado con DensRas (menú "Herramientas | Organizaciónespacial | Densificación de rásters".
En mapas con relieves abruptos (alta densidad de curvas) obtendrá resultadosrazonablemente buenos interpolando directamente a dimensiones equivalentes a0.5 mm (25 m en isolíneas provenientes de un 1:50000). Desaconsejamosintentar calcular MDE con dimensiones más detalladas, ya es dudoso quemuchos mapas topográficos contengan información suficientemente buena pordebajo del medio milímetro y, en cambio, aparecen más artefactos resultantesde la poca información disponible a tanto detalle. En cualquier caso, nointente nunca generar el MDE con un píxel de menos de 0.2 mm ya que ningúnmapa topográfico suministra esta precisión y únicamente conseguirá que elproceso tarde más y augmenten dramáticamente los artefactos; si necesita unpíxel final menor, utilice siempre DensRas a partir de las dimensiones depíxel antes recomendadas.

Si obtiene en alguna zona líneas que "rompen" inapropiadamenteel relieve (aspecto facetado, angularidades), digitalice isolíneasintermedias o, si los artefactos aparecen cerca de los bordes, trabaje conuna zona más ancha para ayudar al interpolador con un buen conocimiento dela zona circundante. Como recurso adicional, puede pasar un filtro de mediasobre el resultado, aunque esto no debería ser necesario si se suministra unbuen material de base y sigue las indicaciones antes señaladas. Piense quefiltrar la imagen suaviza el relieve, y esto puede llegar a ser muy pocorealista. En las pruebas realizadas al desarrollar IsoMDE se vió que conbuen material y generando el modelo a 1 mm en la escala del mapa originalnunca debería ser necesario pasar un filtro de media o, como mucho, en unasola iteración.

El programa asume que las unidades en que está expresada la altitud en elcampo de la base de datos son las mismas que las del sistema de referencia.Si no fuese así, sería necesario realizar previamente la operación adecuadade conversión. Para métodos alternativos de interpolación vea tambiénInterPNT y DensRas.

Caja de diálogo de la aplicación

Caja de diálogo de IsoMDE