Precisión en la Actualización Cartográfica aplicando Segmentación Dinámica

El trabajo aquí presentado se desarrolló en la Ruta F-90, tramo que comprende las comunas de Casablanca y Algarrobo en la V región. Este proyecto se realizó para ver las ventajas que tiene la elaboración de un Sistema de Información Geográfica para Carreteras que maneje los grandes volúmenes de información que intervienen en estos proyectos. Utilizando como herramienta segmentación dinámica, se desea saber la precisión con la que cuenta este SIG.

Para llevar a cabo esta memoria, se comenzó recopilando la información existente en Ingeniería Cuatro, principalmente la información topográfica y apreciativa que se realizó en terreno, para poblar las bases de datos con la mayor cantidad de detalles posibles para obtener un buen resultado.

Con la implementación del sistema se obtuvo una disminución significativa de tiempo en el manejo de información del camino y en su actualización. Además, es posible trabajar con ésta información y sacar el mayor provecho posible, creando mapas temáticos que permiten la visualización rápida de puntos de interés para luego realizar análisis espacial de dicha zona.

Por ultimo se hizo un estudio de la precisión con la que cuenta este SIG utilizando segmentación dinámica, mostrando ejemplos y estableciendo parámetros en los cuales se muestra los errores que presenta.

CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes

Actualmente, tanto en instituciones publicas y privadas de Chile, se están utilizando nuevas herramientas para los proyectos de vialidad. Con el amplio campo que se abre por el uso de Sistemas de Información Geográfica aplicado al catastro urbano, se propone el uso de la georreferenciación y actualización de proyectos viales aplicado a carreteras por medio de un modelo físico con bases de datos estructuradas para este fin. Con una herramienta poco conocida como es segmentación dinámica, la que por sus características entrega un Sistema de Información Geográfica de carreteras de gran versatilidad, que reúne en un solo proyecto una manera de evidenciar de forma rápida los múltiples elementos que conforman un camino.

Ya que es poco lo que se conoce de segmentación dinámica, es aún menos lo que se conoce de su precisión. Es en este campo de la ingeniería donde cobra importancia el rol del Ingeniero de Ejecución en Geomensura que es un profesional idóneo para el manejo de la precisión respecto de cada proyecto. Este profesional con su amplio conocimiento en diversas áreas de la ingeniería y manejo de diversos software, es capaz de participar en todo tipo de mediciones y luego crear sistemas que georreferencien estas medidas, entregando como resultado la confección de un S.I.G., planos temáticos, diseños de caminos, análisis Espacial, etc. según sean los requerimientos del trabajo.

El concepto de segmentación dinámica está siendo aplicado sin haber un real conocimiento de su precisión, y si existen discrepancias importantes con la topografía existente en terreno.

Se puede conocer la precisión que entrega segmentación dinámica para un proyecto de carreteras y así poder crear un Sistema de Información Geográfica para vialidad en donde su precisión esté definida de acuerdo a los parámetros del camino en cuestión. Este SIG podrá abarcar desde el diseño de carreteras, la generación de la cartografía, los modelos de terreno, hasta la elaboración de mediciones y presupuestos, para luego llevar computacionalmente la gestión, actualización y su futura conservación.

Una de las muchas herramientas que maneja el Geomensor es el manejo de los software para el Sistema de Información Geográfica: ArcView y AutoCAD. ArcView que sirve para crear, ordenar, actualizar y consultar una base de datos asociada a una cartografía, lo cual permite obtener información relevante en forma rápida y AutoCAD que entrega la cartografía en un formato reconocible por ArcView.

1.4 Objetivos Generales y Especificos

1.4.1 Objetivo General

Realizar un análisis acerca de los errores que se pueden producir al georreferenciar y actualizar un proyecto vial con segmentación dinámica.

1.4.2 Objetivos Específicos

  • Implementar un Sístema de Información Geográfica mediante la integración de la información cartográfica (previamente georreferenciada con puntos medidos con GPS) con las bases de datos; y estructurar éstas últimas en forma lógica para sacar el mayor provecho al sistema. Así se permitirá relacionar en forma rápida los eventos del proyecto. Por Ej. : Cubicación y movimiento de tierra, avance topográfico, remoción y recolocación de soleras, colocación de señales, etc.

  • Configuración de los datos en forma lógica para interactuar con un software de SIG. Georreferenciar un camino con la información que se tenga del proyecto, usando segmentación dinámica.
  • Establecer parámetros que evidencien el error que se produce al trabajar con segmentación dinámica.
  • Analizar la precisión con la que trabaja segmentación dinámica en la georreferenciacion y actualización del proyecto vial denominado Ruta F-90 Casablanca – Algarrobo.
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO

2.1 Sistemas de Información Geográfica

2.1.1 Introducción

Se puede definir un SIG como un conjunto de métodos, herramientas y datos que trabajan en forma lógica y coordinada para capturar, almacenar; y posteriormente analizar y presentar la información geográfica requerida por el usuario, que responda a sus múltiples consultas. Los SIG permiten gestionar y analizar la información espacial. Esta tecnología nace de la necesidad de manejar y disponer de manera fácil de un gran volumen de información para responder a consultas y resolver problemas de forma inmediata.

Segmentación Dinámica

Es el proceso de ubicar en tiempo real, a lo largo de líneas que están previamente mensuradas, entidades que representen rasgos geográficos tales como: carreteras, líneas férreas, ríos, etc. La segmentación dinámica permite asociar diversos atributos a distintos tramos de una entidad lineal, esto se logra debido a que sus atributos dependen solo de base de datos. Los atributos de esta entidad lineal pueden ser almacenados, desplegados, consultados y analizados sin afectar las coordenadas de sus datos lineales ni su geometría.

Los Sistemas de Información Geográfica generalmente representan la información espacial con un sistema de coordenadas en dos dimensiones (X,Y), en cambio, segmentación dinámica simplifica esto y utiliza una referenciación lineal, que es una posición relativa simple, por lo tanto la ubicación es determinada con respecto a una entidad conocida y geográficamente referenciada, sin necesidad de utilizar coordenadas de latitud y longitud, ni de utilizar coordenadas X,Y.

Forma en que Trabaja Segmentación Dinámica

Segmentación dinámica ubica elementos puntuales o lineales sobre ejes que se encuentran mensurados. Las medidas están ligadas a una ruta, y es ésta la que indica a cual eje pertenece la medida. El sentido de este eje, viene dado desde AutoCAD y es el orden en que se unen las líneas para formar una polilínea, que será el eje o la columna vertebral de esta aplicación. Cada elemento cuenta con su respectiva base de datos donde se encuentra en un campo la distancia de su ubicación, y que será medida desde el Km. 0 adoptado por la segmentación.

Para elementos que sean solo referenciales su ubicación puede quedar sobre el eje, pero si se cuenta con la información se puede ubicar el elemento con una distancia paralela a éste. Esta distancia se ingresará positiva o negativa y según el sentido de avance que tenga el camino, se ubicará a la derecha e izquierda respectivamente.

CAPÍTULO III. Desarrollo de la Metodología para la Implementación de un Sistema de Información Geográfica Aplicado a Proyectos Viales.

3.1 Información para la Creación del Sistema

Estos procesos se involucran con los mecanismos mediante los cuales se realiza la recopilación de la información, es decir, los procesos previos al almacenaje de los datos en formato digital que maneja el computador.

Dicho proceso incluye la información relativa a la cartografía y la información anexa que se realiza para dar atributos, la que queda definida de acuerdo a los objetivos y necesidades que representan para los interesados las características asociadas a un elemento gráfico.

3.2 ELEMENTOS PARA LA CONFORMACIÓN DEL SIG

3.2.1 Base de Datos de Atributos

La información proporcionada para este proyecto comprendido entre Casablanca y Algarrobo, fue entregada con el fin de poder ver los beneficios de llevar el control de este proyecto vial con segmentación dinámica. El origen de esta información venía en formato Excel, por lo que se trabajó con todas las tablas que provenían del informe final, donde se encontraba el cuadro de cubicaciones.

Estructuración de la Base de Datos

Introducción

Se puede definir las Bases de Datos como un conjunto de información no redundante, formada por datos estructurados que se encuentran relacionados entre sí y que son de gran importancia para la toma de decisiones. Debido a que se encuentran organizados en forma independiente a su utilización y, además, se puede acceder a ellos de una manera inmediata, pueden utilizarse conveniente y eficientemente por los usuarios para sus respectivas necesidades de información.

Las Bases de Datos están diseñadas para gestionar grandes bloques de información, por lo que en su almacenamiento es de vital importancia que los sistemas de Base de Datos mantengan seguridad con respecto a la información que se guarda, ya que por alguna caída del sistema o por la manipulación de personas no autorizadas, esta información puede perderse o entregar resultados que se encuentren errados.

Debido a la gran importancia que tiene la información de las empresas, y por consecuencia el valor de las Bases de Datos; trajo como consecuencia el desarrollo de una gran cantidad de conceptos y técnicas para gestionar eficientemente el manejo de datos.

CAPÍTULO IV. DETECCIÓN DE ERRORES DE PRECISIÓN AL GEORREFERENCIAR UN CAMINO POR MEDIO DE SEGMENTACIÓN DINÁMICA

4.1 Introducción

Debido a que segmentación dinámica es una poderosa herramienta que poseen los Sistemas de Información Geográfica, es necesario que se conozcan sus potencialidades y limitaciones. Por esto, se ha querido realizar un estudio acerca de la forma en que trabaja.

Los datos que son tomados en terreno tienen coordenadas (X, Y, Z), pero al trabajar con segmentación dinámica, la información altimétrica de estos datos queda reducida a un plano, por lo que pierde precisión.

Para efectos de este proyecto se necesita conocer que incidencia tendrá este cambio de posición al realizar su actualización, por lo que se mostrarán distintos casos que señalan el cambio de posición, y si son relevantes o despreciables de acuerdo a las longitudes que se manejan. Para esto se ejemplificará con tramos rectos y curvos

Estos tramos se eligieron para dar una idea general del proyecto, es por esto que se eligieron tanto pendientes altas y como bajas.

CAPÍTULO V. ANÁLISIS
5.1 Análisis

Del estudio realizado para ver la precisión con que cuenta la actualización cartográfica al utilizar un modelo físico de una base de datos estructurada, utilizando como herramienta segmentación dinámica, se desprenden los siguientes análisis.

Para el caso de la Ruta F-90 que une las comunas de Casablanca con Algarrobo (ruta catalogada como carretera), se puede apreciar una diferencia mínima en relación al resultado de la georreferenciación y actualización de esta ruta aplicando segmentación dinámica, en comparación al proyecto considerando la parte altimétrica. Esto se debe a distintos factores que se comentaran a continuación:

Debido a que es un proyecto vial que esta diseñado para altas velocidades, como es el caso de una carretera, sus velocidades de uso varían entre los 80 km/h. a los 120 km/h. Este proyecto vial no puede superar pendientes del orden de 5% en la mayoría de su extensión, por lo que no deberían esperarse grandes cambios a nivel altimétrico.

Al revisar el tramo recto cercano al kilómetro 15, se puede decir que es el tramo en que mayor diferencia existe entre la rasante y la distancia inclinada con una diferencia de 43.6 cm. Aunque esto se deba mas a un factor de longitud del tramo que es de 520 m; que a la pendiente misma que es de 4.1%.

En las curvas verticales se aprecia que la diferencia máxima que presenta el parámetro 2T con respecto a la rasante es de 18 cm; esto se debe a lo dicho anteriormente, que al ser un camino catalogado como carretera se tiene especial cuidado en las pendientes que conforman la curvas verticales, sean cóncavas o convexas, ya que para dotar al usuario de la seguridad en todo el trayecto del camino, se debe usar parámetros que sean superiores los mínimos. Por esto la rasante debe tener pendientes moderadas que varíen gradualmente a lo largo de la vía. Además, por prevención, estas pendientes no pueden ser muy altas debido a que se tiene que asegurar la visibilidad de parada en todo punto del trayecto.

CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 Conclusiones

Uno de los objetivos planteados en la realización de este trabajo ha sido el desarrollo de un Sistema de Información Geográfica mediante un modelo físico y estructurar en forma lógica las variables que intervienen en el proyecto de vialidad que une las comunas de Algarrobo y Casablanca denominado ruta F-90 , con el fin de agilizar el proceso de búsqueda gráfica de la información existente en la empresa constructora Ingeniería Cuatro Ltda., se puede afirmar que este objetivo ha sido cumplido, pasando por los distintos procesos que conforman la consolidación de este sistema. Alguno de los procesos tienen relación directa con la carrera del geomensor, y otros no menos importantes complementan la carrera de un ingeniero como profesional íntegro y más autosuficiente.

A este trazado vial se le puede asociar toda la información que se posea como cubicaciones, movimientos de tierra, remoción y recolocación de soleras, señales, etc.

Además, se puede complementar con información que provenga de otro tipo de institución que no este ligada directamente al proyecto en si, como accidentes, industrias cercanas, redes de agua potable, tendido eléctrico, ríos, líneas férreas etc.

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Fuente:

Claudia Ayala Vega (Universidad de Santiago)

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