Cartografía por Satélite en Bhutan

Imágenes de Alta Resolución en la Generación de Información Espacial

Imágenes satelitales de alta resolución (HRSI) tienen un importante potencial para la producción de información espacial en 3D. En ningún lugar es esto más evidente que en las zonas remotas del mundo, como el pequeño Reino de Buthan en el Himalaya. Un proyecto fue diseñado para demostrar tanto la utilidad del HRSI para la producción de mapas en mediana escala, y para pasar estos conocimientos tecnológicos y herramientas a los bhutaneses. Los autores demuestran el potencial del HRSI en el cumplimiento de las necesidades de información espacial de un país en desarrollo.

Para apoyar las iniciativas nacionales de desarrollo, Bhutan necesita un amplio catastro topográfico y cartográfico. En muchos campos, que van desde la gestión del medio ambiente y el desarrollo de la infraestructura y de urbanismo para la silvicultura y la agricultura, los progresos han sido obstaculizados por la falta de mapas de mediana escala ya que la mayoría son de por lo menos treinta años a la fecha y, por tanto, de dudosa calidad.

Mapeo de Necesidades

Los suministros de datos de los mapas son enormes; Bhutan, por ejemplo, sólo con un aeropuerto y dos aviones, dos aviones comerciales. Las montañas ofrecen retos para la fotografía aérea, complicada por las restricciones del espacio aéreo en los países vecinos que se oponen a vuelos fotogramétricos comerciales. Como resultado de ello, no ha habido una misión de fotografías aéreas desde 1991. La actual colaboración con estudios de la India para adquirir nuevas fotografías aéreas no ha se ha efectuado en los últimos años. Una posible solución está al alcance de la mano con imágenes satelitales de alta resolución (HRSI), que ofrece una alternativa atractiva para la fotografía aérea y espacial para la generación de datos en zonas remotas. Lo ideal sería que, 50 cm a 1m de resolución de las imágenes obtenidas por satélite pueden utilizarse para aplicar la compilación de mapas topográficos, pero con una superficie de aproximadamente 40.000 kilometros² a cubrir, el costo es una limitación que debe ser tenida en cuenta.

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Una segunda, y más rentable opción implica el uso de imágenes de 2,5 m de resolución, pero SPOT5, CartoSat 1 y ALOS PRISM tienen que enfocar sus requerimientos para cartografía 1:25.000, se reconoce ampliamente que la función de la información requerida a esta escala en general, no puede ser extraído de esas imágenes. Otras opciones implican el uso de ambas imágenes de 1 m y 2,5 m, incluidos ALOS PRISM o SPOT5, DEM para proporcionar datos, junto con información topográfica característica menos pobladas de las zonas rurales. Imágenes Ikonos, WorldView o Quickbird, por citar tres posibles fuentes, podrían ofrecer a partir de imágenes individuales (modo monoscópicas) 1 m de precisión cartográfica 3D de las principales ciudades y las esferas de alta prioridad.

El Proyecto

En los últimos cinco años, un proyecto de investigación para evaluar el potencial de HRSI espacial en 3D para la generación de datos en Bhutan ha estado en ejecución. Los principales participantes son La Comisión Nacional de Tierras de Bhutan, el Departamento de Geomática de la Universidad de Melbourne y el Instituto de Geodesia y Fotogrametría ETH en Zurich. El objetivo ha sido doble. En primer lugar, para evaluar HRSI como fuente de datos para la reunión de la cartografía según las necesidades de Bhutan. Y en segundo lugar para ayudar a la Comisión Nacional de Tierras a través de la transferencia de tecnología en forma de capacitación y la provisión de herramientas de software y muestra de datos HRSI que permitirá al personal de la Comisión mejorar sus habilidades. A través de la generosidad de proveedores HRSI, imágenes estereo Ikonos, Quickbird, SPOT5 y ALOS PRISM han sido puestas a disposición del proyecto, al igual que los sistemas de softwares de Baristas y SAT-PP, desde el Centro de Investigación Cooperativa de Información Espacial en la Universidad de Melbourne y ETH Zurich, respectivamente. El desarrollo de la capacidad que ha permitido que este sea incluido en la generación de DEMs, ortoimágenes y visualizaciones de suelos, extracción de características 3D a través de monoscopia. Esta última se ha aplicado a tareas tan variadas como la carretera central y la cartografía gruesa de verificación de datos catastrales. Por otra parte, las imágenes han facilitado la creación de alta precisión testfields para la verificación de nuevos modelos de orientación para HRSI, DEM y la generación de estrategias para terreno montañoso. Los resultados que han tenido o tienen actualmente, el potencial de impacto inmediato a la mayor disposición de información espacial de la Comisión Nacional de Tierras se resumen a continuación.

Precisión del Geoposicionamiento

Sobre la primera pregunta que plantea la era de Bhutan, con la exactitud de colocar puntos de HRSI, especialmente cuando la oportunidad para establecer puntos de control en tierra es limitado. La respuesta se encontró a través de experimentos con imágenes estereo Ikonos, Quickbird, SPOT5 y ALOS PRISM (línea de tres imágenes en el caso de PRISM). Una serie de sesenta puntos GPS se estableció en un área de 50 x 60 kilómetros con la elevación entre el rango de 1900 y 3300 m con mayor número de puntos a lo largo de los relativamente pocos caminos. 1m por imágenes, el uso del coeficiente racional del polinomio (RPC) el sesgo de corrección, que requiere un único punto de control (GCP), dado punto de posicionamiento de 1 píxel de precisión. La precisión de 1 m supera fácilmente los requisitos de la cartografía 1:25000 de Bhutan y también es suficiente para la verificación del grueso de mapas catastrales digitales compilados durante los últimos veinte años, a menudo con estudios en avión. La orientación de las imágenes SPOT5 y ALOS se realizó con un riguroso modelo de sensor, debido a la ausencia de RPCs. También en este caso, 1-píxel de precisión en el geoposicionamiento se obtuvo a partir de tan sólo cuatro GCPs. Los cálculos se realizaron de forma independiente con SAT-PP y Barista, y equivalentes resultados obtenidos.

Generación DEM

El siguiente paso fue evaluar la calidad del DEMs del terreno montañoso producidos a partir de imágenes estéreo. Debido a la falta de datos ‘verdaderos’ de superficie del terreno, un enfoque jerárquico fue aprobado. En primer lugar, se generaron DEMs utilizando de base geométrica concordancia con las limitaciones, tal como se aplica en SAT-PP. Elevaciones digitalizadas fueron comparados con los puntos de control disponibles, el error RMS está generalmente en el rango de 2 a 2,5 píxeles. Los datos de DEM Ikonos y QuickBird fueron utilizados como base para evaluar la precisión alcanzada con las imágenes SPOT5 y PRISM. Los resultados indicaron un acuerdo entre DEMs de 1m y 2,5 m de imágenes de 5-7 m RMS, salvo en las zonas donde el terreno era demasiado empinado, donde muchos errores fueron detectados en las muestras de más de un millón de puntos. Sin embargo, todos los pares estereos HRSI producidos en DEMs coherente con las expectativas de calidad. Si bien es siempre la tentación de adoptar la libre disposición de 3 segundos SRTM DEM para Bhutan, tales datos del terreno derivados de radar tiene bastante exactitud y graves limitaciones en las montañas de Bhutan, donde la pendiente media puede ser superior al 30%. Las comparaciones entre 250.000 puntos derivados de un DEM-QuickBird y los correspondientes DEM-SRTM puesto de manifiesto un alto valor RMS de discrepancia de 13 m, con un 32% de los valores de elevación SRTM deben ser clasificados como errores.

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Ortoimagenes

Las evaluaciones se llevaron a cabo en las ortoimágenes producidas por cada uno de los cuatro sensores de satelitales, que emplean DEMs derivados de estos mismos sensores, comparando la posición contra la planimetría GPS-investigados los puntos de control. Las precisiones son básicamente equivalentes a las cifras anteriores, aunque un poco más pobres. Un análisis exhaustivo de la generación de ortoimagenes Ikonos y QuickBird utilizando un SPOT5-ALOS o derivados de DEM aún no se ha realizado, normalmente sería preferible una de las más oblicuas imágenes de cada par estéreo. No obstante, teniendo en cuenta el estrecho campo de visión de sensores HRSI de 1 m, sólo pequeños errores de efectos planimétricos se prevé para el DEM.

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Monoscópicos

Una vez que un DEM tiene suficiente calidad y está en su lugar, un monoscópico único, orientado a las imágenes se convierte en un enfoque viable para la extracción de puntos 3D, líneas y polígonos. El sistema Barista también apoya la construcción de modelos 3D a través de monoscopia. Las pruebas de rendimiento utilizando imágenes monoscopicas Ikonos y QuickBird con DEMs de SPOT5 y ALOS PRISM mostró que la exactitud del geoposicionamiento de uno a tres píxeles puede ser alcanzado fácilmente, incluso en terreno empinado. La imagen izquierda en la figura 4 muestra una línea monoscopica en un empinado camino. Después de volver en la imagen derecha, el grado de correspondencia entre la izquierda y la derecha es una verificación de integridad posicional.

Una interesante aplicación potencial de monoscopia HRSI radica en la identificación y corrección de las discrepancias en los datos catastrales digitales. Figura 5 muestra una sección del catastro en la zona de Paro de Bhutan occidental, registrada con la ortoimagen Ikonos. Las diferencias entre los datos de fronteras y la actual situación sobre el terreno son evidentes. Por otra parte, la prestación y capacidad de HRSI de forma fiable de la posición límite de puntos es beneficioso en la resolución de conflictos de tierras.

Observaciones finales

El proyecto sigue activo, pero con el enfoque más práctico a la aplicación y la transferencia de tecnología. Por ejemplo, la sección fotogramétrica de la Comisión Nacional de Tierras está utilizando monoscopia Barista. Una extensión de este proyecto implicará el uso de HRSI para el modelamiento 3D de un sitio arqueológico en el valle de Bumthang.

Bhutan

Bhutan es conocido por su adopción de “felicidad nacional bruta” (GNH) como medida de bienestar nacional. Esta exótica tierra tiene un exceso de riquezas culturales tradicionales, como también una escasez de recursos financieros, y que desde hace tiempo enfrentan limitaciones en materia de desarrollo debido a su terreno montañoso y el aislamiento geográfico (Figura 1).
Bhutan aspira a desarrollar un modo que equilibre los cuatro pilares de GNH: el desarrollo socioeconómico, la preservación del medio ambiente, la promoción cultural y el buen gobierno. La economía es principalmente agraria. Otras industrias incluyen la silvicultura, energía hidroeléctrica y, cada vez más, ecoturismo. Bhutan en el historial de la preservación del medio ambiente es impresionante, como ha sido su capacidad para mantener los objetivos de desarrollo en armonía con las tradiciones budistas. Bhutan se convierte en una democracia constitucional a mediados del 2008.

Fuente:

Gim International

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