Sistemas de referencia y coordenadas ArcGIS 10.1

La localización de los lugares en la superficie terrestre y su representación sobre un plano requieren de dos procesos distintos: en primer lugar, la construcción de un sistema de coordenadas geodésicas, también denominado de coordenadas geográficas, que asuma unas dimensiones bien definidas de la Tierra y, en segundo lugar, la elección de un tipo de proyección que transforme su superficie tridimensional en plana. Los sistemas de coordenadas y las proyecciones serán los dos temas a tratar en este manual, pero desde el enfoque de ArcGIS 10, por lo que se requieren conocimientos claros sobre las definiciones y conceptos tratados en este documento. Todo el software utilizado en la realización de este manual es gratuito o de evaluación en modo de prueba. Los pasos sugeridos se basan en procedimientos propios adquiridos con la experiencia en el manejo del software.

1.- Introducción

Este manual cumple con el objetivo de explicar, a través de un paso a paso con imágenes y textos, la manera de definir un sistema de referencia y proyección a las coberturas o datos, utilizando el software ArcGIS 10. Se entiende por lo tanto que el usuario posee un conocimiento básico de las herramientas utilizadas y sus comandos más importantes.
El software utilizado en los ejercicios y ejemplos se encuentran en “modo de prueba” y los datos han sido creados por el autor, por lo tanto no se hace responsable por la utilización de este manual para otros fines que no sean educativos.

2.- Conceptos Básicos
2.1.- Los Sistemas de Coordenadas

Un sistema de coordenadas es un sistema de referencia que se utiliza para representar la ubicación de entidades geográficas, imágenes y observaciones (como las localizaciones GPS) dentro de un marco geográfico común.

Un sistema de coordenadas queda definido por:

  • Su marco de medición, que es geográfico (las coordenadas esféricas se miden desde el centro de la tierra) o planimétrico (se proyectan sobre una superficie planar de dos dimensiones).
  • Unidad de medida (generalmente en pies o metros para sistemas de coordenadas proyectadas y grados decimales para latitud– longitud).
  • La definición de la proyección cartográfica para sistemas de coordenadas proyectadas.
  • Otras propiedades del sistema de medición, como el esferoide de referencia, el datum o parámetros de proyección como las líneas paralelas estándar, el meridiano central o las posibles alteraciones en las direcciones x e y.
2.2.- Tipos de sistemas de coordenadas

Existen dos tipos comunes de sistemas de coordenadas que se utilizan en SIG:

  1. El sistema de coordenadas geográficas se utiliza una superficie esférica tridimensional para definir ubicaciones en la Tierra. Un sistema de coordenadas geográficas incluye una unidad angular de medida, un meridiano base y un datum (basado en un esferoide). Los valores de latitud y longitud hacen referencia a un punto en un sistema de coordenadas geográficas. La longitud y la latitud son ángulos medidos desde el centro de la Tierra hasta un punto de la superficie de la Tierra. Los ángulos se suelen medir en grados (o en grados centesimales).
  2. Un sistema de coordenadas proyectadas se define sobre una superficie plana de dos dimensiones. A diferencia de un sistema de coordenadas geográficas, un sistema de coordenadas proyectadas posee longitudes, ángulos y áreas constantes en las dos dimensiones. Un sistema de coordenadas proyectadas siempre está basado en un sistema de coordenadas geográficas basado en una esfera o un esferoide.
    En un sistema de coordenadas proyectadas, las ubicaciones se identifican mediante las coordenadas x, y en una cuadrícula, con el origen en el centro de la cuadrícula. Cada posición tiene dos valores de referencia respecto a esa ubicación central. Uno especifica su posición horizontal y el otro su posición vertical.

Los sistemas de coordenadas (geográficas o proyectadas) ofrecen un marco en el que definir las ubicaciones del mundo real. En ArcGIS, el sistema de coordenadas se utiliza como método para integrar automáticamente las ubicaciones geográficas de diferentes datasets en un marco de trabajo de coordenadas para su visualización y análisis.

Cuando se inventaron las primeras proyecciones cartográficas, se asumió incorrectamente que la Tierra era plana. Posteriormente, se revisó esta hipótesis y se llegó a la conclusión de que la Tierra era una esfera perfecta. En el siglo XVIII, se descubrió que no era totalmente redonda. Así es como nació el concepto del esferoide cartográfico.

Para representar las ubicaciones de la superficie de la Tierra con mayor precisión, los cartógrafos estudiaron la forma de la Tierra (geodesia) y crearon el concepto del esferoide. Un datum vincula un esferoide a una parte determinada de la superficie de la Tierra. Los datums más recientes se han diseñados para ajustarse también a la superficie de toda la Tierra.

Los datum utilizados normalmente en Norteamérica son:

  • Datum de Norteamérica (NAD) de 1927, que utiliza el esferoide Clarke 1866
  • NAD 1983, que utiliza el esferoide del Sistema Geodésico de Referencia (GRS) de 1980
  • Sistema Geodésico Mundial (WGS) 1984, que utiliza el esferoide del WGS 1984

En la actualidad, los esferoides se desarrollan a partir de mediciones de satélites y son más precisos que los diseñados en los siglos XIX y XX.

Los términos “sistema de coordenadas geográficas” y “datum” suelen utilizarse indistintamente.

2.2.- Líneas de referencia del globo terrestre. Unidades de medida

Un punto sobre la superficie terrestre está definido por sus valores de Latitud, Longitud y Altitud. La latitud y longitud son medidas angulares calculadas desde el centro de la tierra. La altitud lo será desde la superficie del geoide. Para dar un sentido a la medida de los ángulos, se establecen planos de referencia que dividen la tierra horizontal y verticalmente.

El plano horizontal está marcado de forma natural por el Ecuador, y cualquier punto situado al norte o sur se medirá en grados positivos (N) o negativos (S) respectivamente con rango entre +90°N y -90°S.

2.3.- Geoide

Es una figura cuya forma es la de una superficie equipotencial. Es decir en donde la gravedad terrestre es la misma en cada uno de los puntos que la forman y esta gravedad es perpendicular al geoide. Esta superficie es más lisa que la superficie de la tierra pero presenta irregularidades a diferencia del elipsoide como podemos observar en el gráfico (SILVA, R. 2004).

Entonces las características más importantes del geoide son:

  • Gravedad terrestre es la misma en cualquier punto.
  • La dirección de la gravedad es perpendicular al Geoide.




2.4. Elipsoide

Para poder elaborar mapas con precisión se requiere de una superficie de referencia geométricamente regular. Por ello, las observaciones sobre el Geoide se transfieren a la figura regular matemáticamente operable que más se le parece que es la del Elipsoide. (Elipse que gira alrededor de su eje menor). Llegados a este punto, conviene recordar que la creación de estas superficies potenciales es consecuencia de las dificultades que supone medir y conocer con precisión la forma exacta de la superficie terrestre.

Procedimiento ArcGIS 10 o ArcGIS 10.1 y los Sistemas de referencia

Una de las principales dificultades al utilizar ArcGIS es la definición e interpretación del sistema de coordenadas y proyección que poseen los datos, para lo cual, a través de la experiencia, he definido las siguientes consideraciones:

  1. Es muy importante saber qué tipo de unidades (metros, grados) y coordenadas (Planas, Geográficas) se van a trabajar. Arcgis10 utiliza un tipo de unidades para el mapa y otro para la visualización que pueden o no ser iguales.
  2. Definir el sistema de coordenadas de los datos, ya que Arcgis10 no puede determinar automáticamente que referencia tiene la información si no se hace manualmente o los datos que se añaden no traen consigo un archivo de proyección (.prj). Si el sistema de coordenadas no se encuentra por defecto en ArcGIS 10, podemos Crearlo o Importarlo.
  3. Para pasar de un sistema de coordenadas geográficas a planas (o viceversa), es necesario realizar una transformación.
  4. Si tenemos datos en diferente sistema de coordenadas y proyección pero queremos visualizarlos en uno solo, sin necesidad de re-proyectar, se puede utilizar la opción de proyección al vuelo.

Normalmente trabajando con ArcGis, a menudo nos topamos con tres operaciones:

Asignar el sistema de coordenadas al momento de crear la capa.

Cuando se crea un shape de puntos, polígonos o líneas, una de las cosas que debemos hacer es asignar un sistema de coordenadas especifico (bien sea geográficas WGS1984 o proyectadas).

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Fuente:

Nino Bravo

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