SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa

Transcripción

1 SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa INCART, Innovaciones Cartográficas, incartsa@gmail.com, Contacto, Cartógrafo Juan Manuel Vargas Arguedas, vargas_@costarricense.cr, Temática, Aplicaciones Ambientales El presente resumen brinda de manera práctica los diferentes procesos que se debieron realizar como proyecto del Departamento de Gestión Ambiental de la Compañía Nacional de Fuerza y Luz, por medio de los servicios profesionales de la empresa Innovaciones Cartográficas (INCART S.A.). La duración de este proyecto se programo y se ejecuto durante el año Durante los primeros cuatro meses se actualizo la cartografía correspondiente, las etapas de clasificación supervisada y la creación del Sistema de información Geográfica se ejecutaron paralelamente. Información Utilizada y Procesada Se creó un mosaico general con 24 fotos aéreas de los Proyectos Carta (2 del 2003 y 22 del 2005) como producto de la unión de las fotos referenciadas, de manera que se crea una sola capa para hacer más fácil la manipulación de las mismas. Luego se fotointerpretó el mosaico de las fotografías aéreas con el propósito de identificar objetos o condiciones y apreciar su significado. Convirtiendo a formato digital los elementos (polígonos, líneas, puntos) que aparecen impresos o digitalizados en los respectivos mapas. Se confeccionó las bases de datos, siendo estas un conjunto de datos e información brindada por otras dependencias, instituciones públicas y privadas tanto nacionales como internacionales. Instrumentos Se requirió de la plataforma ENVI para procesar el análisis multiespectral, la autorización para utilizar la licencia de dicho programa la brindo el PRIAS, donde este ultimo facilito el software y el acceso a las imágenes Máster y la C.N.F.L. a dos de sus consultores, además los personeros del CENAT brindaron asesoría para adquirir las Imágenes Aster de la USGS. Resultados Actualización y elaboración de cartografía en un área aproximada de más de ha, análisis multiespectral y un sistema de información geográfica (SIG) en la Cuenca Balsa, ubicada entre los cantones de San Ramón, Alfaro Ruiz y San Carlos de Alajuela. Donde Los productos permitirán almacenar, analizar y compartir datos con diversos departamentos o unidades, así como integrar el uso de la información incorporada.

2 Introducción SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa. El presente informe brinda de manera práctica los diferentes procesos que se debieron realizar para crear un sistema de información geográfica para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica, de la Cuenca Balsa, como proyecto del Departamento de Gestión Ambiental de la Compañía Nacional de Fuerza y Luz (C.N.F.L, S.A.), por medio de los servicios profesionales de la empresa Innovaciones Cartográficas (INCART S.A.). La duración de este proyecto se programo y se ejecuto durante el año Durante los primeros cuatro meses se actualizo la cartografía correspondiente, posteriormente en los siguientes meses se concluyo con los detalles respectivos. Las etapas de clasificación supervisada y la creación del Sistema de información Geográfica se ejecutaron paralelamente. Es importante mencionar el trabajo en campo para la recolección de datos e información en otras dependencias, instituciones públicas y privadas tanto nacionales como internacionales, para obtener en oficina con información relevante los productos requeridos por los futuros usuarios. Proyecto Realizado SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA LA ACTUALIZACIÓN, ELABORACIÓN DE CARTOGRAFÍA, ANALISIS MULTIESPECTRAL Y BASE DE DATOS GEOGRAFICA DE LA CUENCA BALSA Cuenca Actualizada Cartográfica: Balsa (Superior e Inferior) Ubicación Geográfica: San Ramón, Alfaro Ruiz y San Carlos, Alajuela Objetivos Actualizar la Cartografía Crear un Análisis Multiespectral Elaborar un Sistema de Información Geográfica SIG Elementos actualizados Mapa: Ubicación Geográfica Mapa: Ubicación Hojas Topográficas Mapa: División Administrativa Cantonal Mapa: División Administrativa Distrital Mapa: Red Vial / Levantamiento de Caminos Mapa: Principales Ríos Mapa: Servicios Públicos Mapa: Elevaciones Mapa: Precipitación Mapa: Zonas de Vida Mapa: Geología Mapa: Pendientes Uso Actual de la Tierra Mapa: Capacidad de Uso Mapa: Conflicto de Uso.

3 Marco Teórico: SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa. Iniciando el trabajo oficina sobre las fotografías aéreas siendo estas un elemento de representación de la superficie terrestre en su forma e imagen real, la cual es enfocada desde una plataforma aérea (aeroplano, avión y otros). Con un total de 32 fotos aéreas que cubren la cuenca de interés, se procedió a la georeferenciación con puntos de campo conociendo este proceso como la acción de ubicar un objeto sobre el espacio, dando coordenadas de localización, sobre un territorio específico. Posteriormente se creó un mosaico general con 24 fotos aéreas (2 de ellas del proyecto 2003 y 22 del 2005) como producto de la unión de las fotos referenciadas de manera que se crea una sola capa para hacer más fácil la manipulación de las mismas. Luego se fotointerpretó las fotografías aéreas, como la acción de examinar imágenes fotográficas, con el propósito de identificar objetos o condiciones y apreciar su significado. Posteriormente se convirtió a formato digital los elementos (polígonos, líneas, puntos) que aparecen impresos o dibujados en los respectivos mapas sobre cada una de las fotografías aéreas, conociendo esta fase como digitalización. Paralelamente se confeccionó las bases de datos, siendo estas un conjunto de datos que pertenecen al mismo contexto almacenados sistemáticamente para su uso posterior, donde se puede consultar el uso de la tierra, área, perímetro o longitud (ríos, calles) de cada uno de los elementos. Se requirió de la plataforma ENVI para procesar el análisis multiespectral, la autorización para utilizar la licencia de dicho programa la brindo el PRIAS, donde este ultimo facilitara el software y el acceso a las imágenes Máster y la C.N.F.L. a dos de sus consultores, además los personeros del CENAT brindan asesoría para adquirir las Imágenes Aster de la USGS. Referente al Sistema de Información Geográfica (SIG) se puede caracterizar como una herramienta que brinda la capacidad de almacenar, acceder, analizar, manipular, desplegar e integrar información ambiental, económica y social en un solo sistema. Compuesto de un modelo de datos que constituye una herramienta que permite representar la realidad en forma simplificada, pero lo mas fiel posible. Esta herramienta esta compuesta por un formalismo o lenguaje que describe los datos y sus relaciones, un conjunto de operaciones que permiten manipularlos y un conjunto de reglas que mantienen la integridad de los mismos (topología), de tal forma que se pueda verificar cuales datos son validos dentro del sistema y cuales deben ser rechazados. El modelo conceptual de datos es una representación de la realidad en función de un propósito establecido y ante todo una herramienta de diálogo entre el diseñador y los usuarios del proyecto. No incluye las limitaciones técnicas que harían pesada la lectura del modelo. El modelo lógico de datos es un modelo intermedio entre el conceptual y el físico que permite optimizar la estructura de datos elaborada en el modelo conceptual de datos, tomando en cuenta los principales tratamientos que se le darán a los datos, tipo de programas a utilizar y arquitectura informática. En síntesis son aquellas relaciones entre las diferentes bases de datos por medio de un atributo en común, que tiene la tarea de enlazar a los las tablas que conforman la base de datos y por ende el SIG.

4 Finalmente el modelo físico de datos es una herramienta esencialmente informática ya que representa el contenido del modelo lógico de datos dentro de un sistema informático, por lo que su desarrollo responde en forma especifica al programa escogido. Información recopilada Se realizo una recopilación de datos que han sido trabajados en actividades anteriores, los cuales ayudaron a establecer un medio de comparación y punto de partida para la actualización realizada. Ejemplo: con el Atlas 2004 del Instituto Tecnológico de Costa Rica, obtuvimos información suficiente para partir de éste como base de la verificación en campo de los datos recopilados. Además durante el transcurso de este proyecto se ha contactado información relevante de la zona Cuenca Balsa, con el fin de realizar una base común de información, la cual se tomo en cuenta para realizar los distintos mapas con los datos más actualizados posibles y de igual forma se recopilo una serie de información para que el Dpto. de Gestión Ambiental pueda consultar. Listado de las Fotos Aéreas Proyecto , 5046 Proyecto , , 0234, 0235, 0237, 0239, 0241, 0242, 0243, 0244, 0245, 0246, 0283, 0291, , 7749, 7750, 7921, 7927, , 9956, 9957, , 1173, 1174 Listado de Imágenes Máster A continuación las bases de datos de la cobertura existente con imágenes Máster, sobre zona de la Cuenca Balsa. Imágenes Máster seleccionadas para el análisis Multiespectral Este material se analizo el 02 de julio por parte del Ing. Carlomagno Soto Castro del PRIAS, con los representantes del Proyecto. Estudiando la cobertura existente con imágenes Máster, sobre zona de la Cuenca Balsa. Con el fin de aprovechar aquellas zonas que contienen menor nubosidad en los diferentes proyectos 2003 y 2005, se analizó individualmente cada una de las 21 imágenes Máster anteriormente presentadas que cubren las ,975 hectáreas que delimitan la Cuenca. Por contener mayor calidad en sus diferentes bandas de información y menor nubosidad, se seleccionaron las siguientes imágenes Máster para realizar el análisis multiespectral:

5 LINEA ESCANEADA VUELO NOMBRE MASTER1B_ _7_ _1511_1522_V01.HDF MASTER1B_ _14_ _1709_1735_V01.HDF MASTER1B_ _2_ _1414_1441_V01.HDF MASTER1B_ _1_ _1420_1429_V01.HDF Imágenes Aster seleccionadas para el análisis Multiespectral Innovaciones Cartográficas adquiere las imágenes Aster, en aras que el análisis multiespectral contemple las áreas de interés que por diferentes motivos no se cubrieron con la información de las Imágenes Máster con nubosidad existe en los proyectos nacionales. Algunas generalidades de este proceso. Fuente: U.S. Geological Survey (USGS) Center for Earth Resources Observation and Science (EROS). Imagen Aster: Imagen Aster: Base de datos de Pozos Información brindada por el SENARA, donde se ubica los pozos (con un sistema de coordenadas) y los usos que se le dan, datos de gran importancia para la aplicación del SIG. Por medio del Área de Aguas Subterráneas del Servicio Nacional de Aguas Subterráneas, Riego y Avenamiento se obtuvo información relevante para el SIG. Dicho trabajo en la institución mencionada se ejecuto de la siguiente manera: El 16 de agosto se indago la metodología a seguir en Barrio Cuba (domicilio SENARA) para adquirir la información deseada (coordenadas de pozos, nacientes, usos actuales, entre otros) por parte de los consultores de este proyecto.

6 Iniciando el proceso por medio de una misiva de parte de Lic. José Pablo Cob Barboza al señor Ing. Carlos Romero director de la dependencia correspondiente, solicitando formalmente la información deseada, dicho documento se entrego el día 23 de agosto del presente año. Requiriendo un límite de la Cuenca Balsa en formato digital, con el fin de ubicar los datos solicitados anteriormente, debido a su dificultad de ubicarlos por medio de las hojas topográficas, escala 1:50 000: Miramar 3246 II, San Lorenzo 3246 I, Naranjo 3346 III, Quesada 3346 IV, Aguas Arcas 3347 III, Fortuna 3247 III. Finalmente el día 06 de agosto, 2007 se hace entrega de la información a la representante del proyecto. Objetivos de adquirir esta información Determinar estratégicamente los usos que se le dan a estos pozos o nacientes de aguas que influyen o repercuten dentro de la Cuenca de estudio. Ubicar las siguientes actividades (riego, uso domestico, abrevadero, turismo, agroindustrial), donde se cuentan con pozos debidamente formalizados por la ley. Trabajo de campo (recolección, toma de muestras, exploración y más) Mediante el proceso, se realizó una serie de actividades con las cuales se logró un levantamiento más exacto y confiable, de las características del área de estudio según lo enfocado. Por medio de este se recolectaron datos con puntos de GPS (coordenadas), posicionándose en lugares estratégicos para obtener las coordenadas con dos objetivos: Afinar la referenciación de las fotografías aéreas. Clasificar mediante la observación en campo los usos de la tierra. Utilizando como guías las fotografías referenciadas e impresas, datos y otras informaciones anteriores, todo esto para una conformación y actualización de elementos de información cartográfica mejor estructurados. Este proceso fue esencial para la comprobación de elementos en campo, que no se pueden detallar con el trabajo de oficina y que por sus características fueron despejados, por un proceso confiable de observación. Además se determino estratégicamente las zonas de entrenamiento para realizar la clasificación supervisada con las imágenes Máster y Aster respectivamente. Respaldando las zonas por medio de fotografías digitales con coordenadas (GPS) y complementar con ellas el Sistema de Información Geográfica de la Cuenca en proceso. Dicho reconocimiento de la zona de trabajo de la Cuenca Balsa se realizo con dos giras: La primera se realizo los días 4, 5 y 6 del mes de mayo. La siguiente los días 16 y 17 del mes de julio.

7 Actualización Cartográfica La creación del mosaico de fotos aéreas, actualizadas y referentes al Proyecto Carta 2005 y 2003, proporcionaron una base de trabajo importante y confiable. Con la información obtenida en la gira de campo se estableció una base de datos siguiendo los siguientes procedimientos: Se descargaron todos los puntos del GPS obtenidos en el campo. Se exportaron los puntos a una hoja de excel para confeccionar la base de datos la cual consta de los siguientes atributos: nombre del punto, coordenadas norte y este. Una vez creada esta base de datos se procede a importar la misma a la plataforma Arc Gis 9.x con el objetivo de poder visualizar en forma gráfica los puntos obtenidos según su posición geográfica. El traslado de la tabla a la plataforma Arc Gis 9.x nos genera nuevos campos a la base de datos. Con la información obtenida en la gira de campo se estableció una base de datos para cada uno elementos respectivos. Una vez creada estas bases de datos se procede a visualizar en forma gráfica los elementos obtenidos según su posición geográfica. Cumpliendo con el siguiente objetivo: Verificar el uso preliminar y la cobertura de la zona de la Cuenca Balsa. Análisis Multiespectral Imágenes Máster A continuación las respectivas ilustraciones describirán el proceso que se llevo a cabo para seleccionar cuidadosamente cada una de las imágenes Máster. Tomando la siguiente imagen Máster de ejemplo: MASTER1B_ _1_ _1420_1429_V01.HDF

8 Ubicar las 21 imágenes Máster (2003 y 2005) en la plataforma ENVI 4.3 Se procedió a transformar individualmente la cobertura de cada imagen Máster a la plataforma de Arc Gis 9.0: Cobertura en ENVI 4.3 Cobertura en Arc Gis 9.0 Se delimito la nubosidad existente de cada imagen Máster en la plataforma de Arc Gis 9.0, esto con el fin de determinar cuál era el área de utilidad para realizar el análisis: Nubosidad existente en esta cobertura Área de aprovechamiento Se conglomero las aéreas de aprovechamiento, con el fin de determinar las zonas ubicadas dentro del límite de la Cuenca Balsa que no tenían cobertura útil para realizar el análisis multiespectral con las Imágenes Máster. Área con cobertura útil en la Cuenca Balsa y nubosidad existente en la zona.

9 = Zonas sin cobertura útil dentro de la Cuenca Balsa, debido a la existencia de nubosidad durante la toma de datos en los proyectos 2003 y 2005 del PRIAS. Etapa de la Creación del SIG Se dedico tiempo y esfuerzo a la fase de diseño, con el propósito de asegurarse que el modelo de SIG a implementar cumpla con las exigencias de la CNFL S.A. El Sistema de Información Geográfica (SIG) le permite a la institución realizar una serie de tareas que van desde las operaciones cotidianas hasta la planificación estratégica. El diseño fue un proceso que involucro tanto al supervisor como al personal técnico de INCART S.A. que creó el SIG. A lo largo del proceso se definieron los objetivos y metas, se estudiaron las alternativas de diseño y se preparo un plan de implementación. En términos generales, el diseño provee con una imagen de donde se encuentran, a donde se dirigen y como llegar al estado deseado. Con forme se avanzó en el proceso de diseño se definieron los datos requeridos y el diseño de bases de datos, estructura de datos geo espaciales que mejor se ajustan a los usos que se le darán a la base de datos y al SIG. De los cuales se desglosan otros datos o informaciones, ejemplo de ellos en el tema de uso del suelo se detallan hortalizas, tipos de cultivos, zanahoria o cebolla entre otras especificaciones de gran importancia. Relacionados entre diferentes polígonos a una misma tabla de datos o de diferentes tablas a un mismo campo de relación con otros temas de interés. Resultados, Actualización Cartográfica Mapa Ubicación Geográfica

10 SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa. Mapa Mosaico de Fotografías Aéreas Mapa Ubicación Hojas Topográficas Mapa División Administrativa Cantonal

11 SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa. Mapa División Administrativa Distrital Mapa Red Vial / Levantamiento de Caminos Mapa Principales Ríos

12 SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa. Mapa Servicios Públicos Mapa Elevaciones Mapa Precipitación

13 SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa. Mapa Zonas de Vida Mapa Geología Mapa Uso Actual de la Tierra

14 SIG para la actualización, elaboración de cartografía, análisis multiespectral y base de datos geográfica de la cuenca Balsa. Mapa Capacidad de Uso Mapa Conflicto de Uso Análisis Multiespectral: Clasificación supervisada sobre un área aproximada de más de ha sobre la cuenca del Río Balsa. Bases de datos con nuevos puntos de GPS, actualmente se cuenta con más de 500 pts. adquiridos en las diferentes giras. Precisión al crear un mecanismo de comparación entre las imágenes Máster / Aster y el trabajo de campo que se realizo en el 2007.

15 Análisis Multiespectral Máster Análisis Multiespectral Aster Sistema de Información Geográfica El SIG le permitirá almacenar, analizar y compartir datos con diversos departamentos o unidades en la institución; así como integrar el uso de otras tecnologías como los Sistema de Posicionamiento Global, el procesamiento digital de imágenes y los sistemas de multimedia. El diseño e implementación de una base de datos sólida y eficiente, como requisito para lograr un SIG exitoso y saludable.

16 Ofreciendo los siguientes beneficios Herramienta de consulta que será de gran utilidad para los futuros usuarios. Mayor flexibilidad en la recuperación y análisis de los datos. Incrementa la posibilidad de que los usuarios desarrollen aplicaciones utilizando los datos disponibles en la base de datos. La base de datos integrada facilita su mantenimiento y por lo tanto asegura la integridad de la información utilizada por los diferentes usuarios. El diseño es lo suficientemente flexible como para acomodar actualizaciones o modificaciones en el futuro. Minimiza los datos redundantes y por lo tanto hace más eficiente la creación, mantenimiento y uso de la base de datos. Agradecimientos Al Programa de Investigaciones Aerotransportadas (PRIAS) del Centro Nacional de Alta Tecnología (CENAT), por su apoyo en la conclusión del proyecto.