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Alcances relativos a la producción y actualización cartográfica catastral
28 diciembre, 2015 Administrador 0 Comentarios actualización cartográfica
Con la creciente aparición de nuevas tecnologías de producción aplicadas a la cartografía digital, se ha originado igualmente la sensación de estar acercándose progresivamente al límite en cuanto a precisión métrica se refiere al generar planos a escalas mayores. Esta percepción encuentra sustento en el significativo mejoramiento que ha representado para la disciplina la aparición de tecnologías como los GPS, imágenes satelitales de alta resolución y fotogrametría digital. A ello deben sumarse los procesos topográficos directos apoyados en tecnología laser complementando un cuadro de alternativas convergentes para en primera instancia producir cartografía y en forma alternativa, actualizar la ya existente. Los métodos descritos pueden ser utilizados en un aspecto tan sensible para los municipios chilenos como es la actualización de su cubierta cartográfica comunal, punto base para el ordenamiento territorial urbano. Este artículo describe aspectos generales de las modalidades de producción cartográfica, como también de la precisión que puede ser esperada utilizando cada una de éstas alternativas en el contexto físico propio del catastro y sistemas de información territorial, con especial énfasis en los instrumentos de planificación básica empleados en la gestión municipal.
I.- El Catastro y los sistemas de información territorial
“El catastro se refiere al estatus legal de quien posee la propiedad y cuáles son sus derechos” o ”El catastro muestra donde se encuentra la propiedad y cuáles sus dimensiones” (Dale, 1976) o “El catastro debería ser un sistema basado en la propiedad (una porción de terreno perteneciente a una o un grupo de personas) geográficamente georreferenciado y referido a una única y bien definida unidad territorial. Estas unidades están definidas por límites formales que señalan la extensión del terreno, en donde a cada sitio le es dado un igualmente único número identificador” (Hawerk, 2000). Definiciones como éstas, entre muchas otras, sintetizan la noción de lo involucrado en un sistema que conjuga aspectos físicos de la propiedad (medidas de superficie, deslinde, vértices, etc. ) y sus aspectos legales (avalúo, uso de suelo, tenencia, usufructo, etc.). La existencia del catastro ha sido tan antigua como la de las leyes que permiten su funcionamiento, sin embargo, la aparición de los sistemas digitales y automatizados ha modificado radicalmente el funcionamiento y espectro de esta disciplina. Conceptos como el Sistema de Información Territorial (LIS, en su equivalente inglés) han surgido a partir del tratamiento espacial de las unidades territoriales y sus datos asociados en los Sistemas de Información Geográfica (SIG), que a su vez permiten la integración plena con las tecnologías de producción cartográfica citadas.
El catastro en esencia, obedece a la idea de un inventario territorial, en el cual los atributos de carácter administrativo/legal y físico son asociados a la propiedad, materializada en forma de lotes (sitios) y representados habitualmente por medio de polígonos en los SIG (Figura 1.). El sitio o lote constituye su unidad fundamental, y su representación cartográfica la esencia para el funcionamiento de los sistemas de administración territorial, debiendo enfatizarse particularmente en este aspecto por sobre otro tipo de objetos ligados a la propiedad presentes en levantamientos a escalas grandes (ej: edificaciones, accesos, etc..)
Figura 1. Sector de plano catastral fotogramétrico a escala 1: 1000
En el caso chileno, las entidades encargadas del tratamiento del material propio de un sistema catastral son la División de Catastro del Ministerio de Bienes Nacionales, para efecto del catastro de las propiedades del Estado; Servicio de Impuestos Internos, respecto al impuesto territorial; Conservadores de bienes raíces, en lo referente a la tenencia, usufructo, prohibiciones y restricciones del terreno, y los municipios, encargados del manejo integral los datos provenientes de la aplicación de la legislación y normativas vigentes. En rigor, la base cartográfica empleada por éstos organismos debiera ser complementaria y coincidente, aplicando el concepto integral de georreferenciación. Las características métricas de los planos debieran en lo posible tender a conciliar lo estipulado por los expedientes en lo concerniente a las dimensiones aprobadas legalmente, con lo deducible a partir de ellos en especial en su presentación digital. No obstante, el proceso para la producción cartográfica implica invariablemente grados de error, que aunque minúsculos según la modalidad de producción seleccionada, impiden en muchos casos que esta premisa se cumpla cabalmente. Es por lo tanto de crucial importancia para el correcto desempeño de un sistema catastral comunal el complementar el levantamiento topográfico o fotogramétrico con los expedientes urbanos municipales, que proporcionan la certeza requerida respecto a la dimensión “real” de la propiedad. Esta dimensión “real” proviene del concepto legal que se tiene de ella, en donde el límite de un lote no permite cabida a la noción de margen de error o tolerancia respecto a sus dimensiones.
Las dimensiones lineales y angulares de los predios, son por lo general primeramente concebidas en los planos de los proyectos urbanos, para ser posteriormente replanteadas en terreno por los equipos especializados de campo de acuerdo a las magnitudes prefijadas. Los hechos indican que Chile ha registrado un impulso sustantivo en los últimos años respecto al tipo de cartografía utilizada por los municipios, encontrándose frecuentemente cubiertas fotogramétricas digitales de zonas urbanas a escalas 1:1000, 1: 2000 y 1: 5000, constituyendo la primera de ellas en tal vez la de mayor recurrencia en la actualidad (el catastro considera regularmente escalas fluctuantes del orden de 1:250 a 1:5000). Desgraciadamente la frecuencia con la cual se llevan a cabo estos levantamientos en el promedio comunal es exigua, transcurriendo incluso décadas para la ejecución de un nuevo levantamiento. Este hecho configura el punto sensible para un sistema catastral de carácter verdaderamente operativo: la capacidad que posee para renovarse, actualizando periódicamente su base cartográfica. La falta de medios económicos para su renovación y especialmente a la ausencia de metodologías posibles para su actualización agudiza aún más este conflicto, el cual repercute directamente en las proyecciones que los planificadores urbanos puedan hacer apoyándose en este instrumento. La actualización cartográfica se convierte así en piedra angular para el funcionamiento de un sistema catastral eficiente y dinámico.
II.- Alternativas para la actualización cartográfica.
“En países donde el catastro posee una larga tradición, la posición planimétrica de los vértices de propiedad, expresados por medio de sus coordenadas, conforma un campo más en la base de datos del inventario, debido a su nivel de precisión y procedimiento elegido para su generación (incluyendo el grado de error presente en ellas) y su localización igualmente es la apropiada dentro de un sistema cartográfico absoluto de coordenadas. Este es sin dudas el norte que debe perseguir un sistema de información territorial urbano de carácter integral. Chile se encamina progresivamente al cumplimiento de este objetivo, si se compara con experiencias desarrolladas en otras naciones de singular eficiencia a este respecto. El caso de Holanda, cuya cubierta nacional incluye planos digitales desde escala 1:500 o 1:1000 en zonas urbanas y 1:2000 en zonas rurales, constituye “la cubierta cartográfica más detallada nacional disponible” (Van Eekelen, 2001). Como se puede apreciar, la diferencia respecto a nuestra nación en términos de escalas de planos no resulta desmesurada, probablemente siendo el volumen de localidades urbanas cubiertas y el nivel de detalle alcanzado lo que otorga al sistema Holandés la integridad respecto a esta aseveración. Los márgenes de error en Holanda para zonas urbanas han sido estipulados en 0.2 m RMSE para lo urbano y 0.4 m RMSE para lo rural.
Los métodos disponibles en nuestro país para efectos del levantamiento catastral incluyen el levantamiento directo (topográfico, GPS) definidos como aquellos procedimientos que involucran el contacto físico por parte del operador con cada elemento a levantar, y aquellos llamados indirectos, en los que el operador no necesariamente debe actuar personalmente sobre los objetos a representar en un plano (fotogrametría y teledetección) aunque su desarrollo implique un cierto grado de trabajo de campo al momento de georreferenciar las fotos o imágenes de alta resolución. Ciertamente todos estos métodos son compatibles y complementarios entre sí, y su interacción no debiera provocar inconvenientes técnicos si el trabajo territorial es planificado adecuadamente. En los siguientes párrafos se reseña con mayor detalle las alternativas para la producción y actualización de la cartografía catastral en el espectro de las posibilidades actuales en Chile, así como las opciones que a corto plazo deberán adoptarse como procedimientos regulares de generación cartográfica.
II.1.- Topografía y planos de loteo
Esta clase de documento corresponde a un concepto integrador de las fuentes provenientes de la vertiente arquitectónica y por otra parte topográfica. Debido a las escalas usadas habitualmente (1/200, 1/250, 1/500) y al procedimiento empleado para su elaboración, el grado de error métrico implícito debiera ser de baja magnitud, pero (y como un resabio de los procedimientos enteramente mecánicos o manuales de producción) aún a estas escalas se conservan prácticas como las que indican que el acotamiento se preserva sobre la gráfica, aspecto que debería quedar junto con la producción análoga relegado a un plano definitivamente secundario. Con la tecnología disponible hoy en día y a la forma como los levantamientos son ejecutados, la indicación de preservación del acotamiento sólo debiera quedar restringida a aquellos métodos que conlleven un grado mayor de error en su generación.
El plano de loteo es ejecutado a través de la utilización de estaciones totales de alta precisión, complementados con sistemas de diseño asistido (CAD) para su representación gráfica. Hasta hace pocos años esta clase de producto le era entregado en un 100% a los municipios en formato análogo (usualmente copias de planos) práctica que paulatinamente ha ido dando paso a una incipiente entrega del material en formato digital, en especial de proyectos provenientes de empresas inmobiliarias.
Los errores métricos se ven significativamente reducidos comparados al plano en papel, restando hasta hoy solo vincularlos regularmente a un sistema de coordenadas absoluto (en Chile, el sistema de coordenadas UTM) para su posterior calce con los levantamientos fotogramétricos comunales existentes. En tal sentido, es aconsejable
que los municipios cuenten con una red geodésica de puntos de enlace al sistema de coordenadas vigente, de modo que todo levantamiento directo posea como punto de partida éstos hitos georreferenciados. Iniciativas como la descrita han sido ya emprendidas en nuestro país por organismos como el SERVIU metropolitano para la georreferenciación de sus obras de pavimentación, constituyendo una extensa red en el Gran Santiago, la que indudablemente puede cumplir el doble propósito de ser la base para la georreferenciación de los levantamientos de planos de loteo emprendidos tanto por particulares que inicien proyectos de construcción, como para los mismos municipios que requieran de información complementaria para su inventario cartográfico.
II.2.- Ortofotos
La ortofoto corresponde a una imagen obtenida a partir de la fotografía aérea (o imagen satelital), a la cual le han sido removidas las principales causas de distorsión geométrica, convirtiéndola en una imagen-mapa. Los sistemas fotogramétricos automatizados permiten hoy en día su producción si se cuenta con una fotografía orientada espacialmente, y un modelo digital de elevación que permita la corrección del efecto de desplazamiento por relieve (desplazamiento en la posición fotográfica de una imagen causada por la elevación sobre el plano de referencia seleccionado. Figuras 2 y 4). Este proceso se ha denominado “ortofoto convencional” proceso que entrega un producto métrico a escala homogénea en toda su extensión. Este tipo de cartografía hace factible la medición de distancias lineales y de superficies confiables al nivel de la superficie del terreno, permitiendo percibir los objetos directamente, sin mediar un proceso de simbolización, como ocurre en la restitución fotogramétrica. La ortofoto es comparativamente más rápida en cuanto al tiempo de confección se refiere, pero contiene un aspecto relevante para lo que significa la actualización cartográfica: los elementos observados en la imagen para ser utilizados en el SIG deben ser trazados y convertidos a vectores, confiriéndole de este modo un carácter más expedito a la restitución si el objetivo final es su uso bajo este tipo de tecnología (uno de los desafíos mayores actualmente de la fotogrametría es el desarrollar algoritmos para la detección y conversión automática de objetos a partir del formato “raster”, imagen conformada a partir de un sistema de filas y columnas asociadas a un color o tonalidad, caso de la ortofoto, a su correspondiente representación en formato vectorial). Especial relevancia cobran aquellos elementos emergentes respecto al plano de referencia, pues debido a que la ortofoto convencional precisa para su creación de sólo una foto y estando modelo digital de elevación referido exclusivamente a la superficie del terreno, las posiciones corregidas métricamente son únicamente aquellas que contienen la base de los objetos, y no su parte superior. Ello se traducirá en que una ortofoto de un sector urbano aún muestre construcciones en altura con un desplazamiento en su relación base/tope (Figuras 2 y 4).
Figura 2. (Fuente : Haskell & O’Donnell)
Figura 3 (Fuente : Haskell & O’Donnell)
Figura 4 (Fuente : Amhar, Jansa y Ries.)
Figura 5 (Fuente : Amhar, Jansa y Ries.)
Figuras 2, 3, 4, 5. Las imágenes de la izquierda (2 y 4) corresponden a ortofotos convencionales en las cuales puede observarse incluso los muros de las construcciones por efecto del desplazamiento de relieve (flechas en color rojo; las flechas en color verde indican la posición planimétrica corregida), efecto que es eliminado en la ortofoto verdadera (figuras 3 y 5). Las líneas que demarcan la silueta de los objetos trazados en las figura 4 y 5 obedecen a lo entregado por la restitución fotogramétrica, la cual preserva la posición correcta de los elemento que se encuentran proyectados por sobre el plano de referencia.
El problema de carácter práctico surge cuando un operador/trazador inexperto cae en duda si desea digitalizar el perímetro de las construcciones y deslindes prediales materializados a través de muros u otra forma de cierre utilizando su parte superior, en especial de aquellas de baja o moderada altura (Figura 4). En tal caso, hay un grado de desplazamiento planimétrico que influye en la incorrecta posición respecto al sistema absoluto de coordenadas. Si por otra parte el operador elige trazar tomando como norma la base de los objetos, en especial las construcciones, se encontrará con la presencia de “ángulos muertos” o zonas ocultas en las cuales no se puede observar la parte posterior de ellas (caso frecuente en zonas de alta densidad de construcción en altura). En esta instancia “asumirá” una forma lógica para el cierre del objeto, lo que carece ciertamente del rigor técnico necesario para la actualización. Unicamente los elementos que se encuentren a ras de piso serán las entidades viables de ser transformadas a planos de línea. Una alternativa existente en la actualidad que evita el inconveniente descrito en forma precedente es la generación de ortofotos “verdaderas”, o aquél tipo de ortofoto generado usualmente a partir fotografías aérea consecutivas. Esta modalidad ha dejado prácticamente de ser un procedimiento expeditivo, transformándose en una alternativa concreta en aquellos programas fotogramétricos de mayor desarrollo tecnológico, y especialmente apta para la generación de cartografía urbana. Su desventaja radica en que su difusión masiva se encuentra aún un tanto lejana, debido al costo que involucra la inversión en programas computacionales especializados para el cumplimiento este objetivo. Se estima sin embargo, que las instituciones y empresas nacionales encargadas de la generación cartográfica en breve plazo debieran asumirán esta modalidad como procedimiento regular de elaboración, pues el resultado obedece en un 100% a un concepto cartográfico.
II.3.- Ortofotos utilizando imágenes de alta resolución
El surgimiento en años recientes de imágenes satelitales de alta resolución ha venido a agregar una nueva fuente para la generación y actualización cartográfica. Tal es el caso de las imágenes Quickbird e Ikonos, con resolución espacial (pixel) de 0.61 m y 1 m respectivamente (pancromático). Semejante resolución las transforma en una opción cierta para la elaboración de ortofotos a escalas en el rango 1:5000 a 1:10.000. No obstante, existen ciertas limitaciones técnicas que impiden que elementos fundamentales para un catastro deban ser omitidos debido a la resolución espacial de cada punto. Este problema se verifica en los deslindes prediales conformados por rejas o panderetas de escaso grosor, imposibles de ser discriminadas visualmente dentro de un pixel de los tamaños consignados. Como este ejemplo, otros niveles de información deben ser cuidadosamente evaluados antes de emprender su levantamiento. Aún así, las imágenes de alta resolución poseen algunas ventajas respecto a la ortofoto producida a partir de fotografías aéreas registradas a similar resolución (una foto aérea a escala 1: 20.000 con una resolución de 800 DPI posee una resolución de pixel de 0.64 m en terreno) como por ejemplo el menor efecto de desplazamiento por relieve que se observa en las construcciones en altura, debido a que la altitud desde la cual es tomada la escena es significativamente mayor que aquella que precisa el avión (450 km para el satélite Quickbird; 3040 m para una cámara de focal 152 mm considerando una foto a escala 1/20.000), el comparativamente menor número de puntos de control necesario para la georreferenciación de una imagen que abarque zonas extensas de terreno y la facilidad que brinda el procesamiento de un archivo unitario, como es la propia imagen, versus un mayor número de archivos, que sería lo requerido usando fotos aéreas para cubrir la misma superficie. Por el contrario, una ventaja que posee una foto aérea a esa escala sobre la imagen satelital, es que la imagen del terreno contenida en una diapositiva de alta calidad permite una resolución de registro (“escaneo”) mayor, facultando la discriminación visual de un mayor número de objetos, improbables de ser determinados por la imagen satelital, y por consiguiente ampliando el rango de los objetos sujetos a ser representados en la cartografía final.
Figura 6. Tabla de elementos posibles de ser identificados a partir de imágenes Quickbird a escala variada (Fuente: Ordnance Survey, UK).
Como experiencia ilustrativa respecto a lo anterior, el Ordnance Survey de Gran Bretaña, ha definido que la escala máxima a elaborar a partir de este tipo de fuente es de 1 / 6000, incluyendo únicamente algunas capas de información (Figura 6). Para efectos de actualización de planos “como podría esperarse, las mayores excepciones son aquellos elementos lineales estrechos (tales como líneas de transmisión eléctricas, muros, rejas y setos) los cuales son generalmente imposibles de ser distinguidos en una imagen de esta resolución.
Una combinación de imágenes pancromáticas y multiespectrales puede contribuir a diferenciar entre vegetación y objetos artificiales (ej: setos y muros) pero en general la imagen no resulta apta para la captura de éstos objetos” (Holland & Marshall, 2004)
II.4.- GPS
Los GPS han facilitado tareas que antiguamente fundamentaban su funcionamiento exclusivamente en la intervisibilidad entre operadores, como las triangulaciones o poligonales topográficas. Los GPS permiten determinar posiciones obviando esta variable, otorgando un grado de autonomía considerablemente mayor a la hora de realizar mediciones. Dentro de los GPS coexisten sin embargo categorías que van desde los instrumentos navegadores hasta los geodésicos, cuyas precisiones entregadas pueden oscilar entre la decena de metros hasta el milímetro. Dado que el catastro involucra posiciones especialmente planimétricas certeramente definidas (debido a las escalas empleadas) el uso de instrumentos llamados “navegadores” resulta del todo inapropiado para éstos fines. Más aún, aquellos GPS conocidos como “mapeadores”, ideales para la actualización cartográfica a escalas 1: 10.000 y menores, no satisfacen en primera instancia los requerimientos de un catastro que apunta a incrementar el grado de precisión en los planos ejecutados. Sólo si efectúa un procedimiento denominado “post-proceso”, cuya finalidad es incrementar el grado precisión de la coordenada calculada, es factible determinar posiciones planimétricas con errores bajo el metro, lo que los habilita para ser considerados como agente de actualización a escalas mayores.
El instrumental GPS del tipo geodésico es por otra parte capaz de proporcionar coordenadas con un elevado grado de precisión en condiciones de operación favorables, pero enfrenta serios inconvenientes en zonas densamente construidas, en especial zonas urbanas ocupadas por construcciones en altura, debido a la falta de cobertura para la recepción de señal desde los satélites, lo que deriva posteriormente en imprecisiones de los valores en las coordenadas obtenidas. Aún en condiciones enteramente favorables, el lapso requerido por un punto para obtener de él precisiones concordantes con el catastro (situación de los vértices prediales) resulta excesivo si se utilizan modos tales como el estático o estático rápido, considerando que es necesario al menos de 20 a 30 minutos para afianzar el resultado de la medición (estático/rápido). Si a ello se agrega el volumen de puntos que componen la suma de propiedades de un área urbana, se puede visualizar el tiempo que un levantamiento así requeriría al realizarlo exclusivamente con el uso de GPS geodésicos. Es importante resaltar sin embargo, que existen modalidades como RTK (“real time kinematic” ) para los instrumentos de doble frecuencia que permiten mediciones rápidas (2 a 3 minutos) con resultados apenas sobre el centímetro, lo que ha significado su adopción como elemento de levantamiento y actualización del catastro.
II.5.- La restitución fotogramétrica
Este método de producción cartográfica obedece a la noción de los llamados “planos de línea” o planos en formato vectorial. Cada elemento del terreno observado por el operador a partir de las fotografías orientadas es tipificado en una categoría dentro de un nivel o capa de información, trazado y simbolizado para la comprensión posterior por parte de los usuarios (Figura 7).
La cartografía a escalas mayores obtenida por medios fotogramétricos digitales posee un grado de error que impide lograr la plena coincidencia entre lo representado gráficamente y lo registrado en las bases de datos (como se indicara, los datos de superficie y lineales provienen de los expedientes urbanos disponibles en las direcciones de obras de los municipios) pues “debe considerarse que el plano catastral digital es un plano gráfico, no numérico. Esto significa que las coordenadas de los vértices sólo representan los límites del predio en el plano gráfico. Por lo tanto, las coordenadas provenientes de la gráfica podrían no ser usadas para el cálculo exacto de la superficie y dimensiones del predio” (Enemark, 1998). Esta aseveración es incluso válida para los propios planos digitales que ven reducido su margen de error respecto a los planos en papel, al no contemplar fases que conlleven grados de distorsión (alteración del material impreso, tolerancia gráfica, calibración del plotter, entre otros). Ello conlleva a considerar a los levantamientos a esta escala como una aproximación muy cercana a la realidad, pero no lo suficiente como para hacer de ellos per sé la fuente de la cual se extraiga información métrica para ser almacenada en las bases de datos catastrales (un error de 0.4 en el frente de un sitio de 10 m es causa sin duda alguna de problemas para el organismo que asuma la responsabilidad de haber entregado datos imprecisos. Ver figura 1). Más aún, si se considera que los límites prediales trazados por los operadores encargados del levantamiento son sólo aquellos visibles en la fotografía aérea, y no los definidos por una situación legal, el conflicto puede alcanzar ribetes todavía mayores, en especial en sectores semi-urbanos.
La restitución fotogramétrica urbana a escalas mayores ha dado paso un paso decisivo a la puesta en marcha en Chile de experiencias orientadas a la confección del catastro comunal. La información vertida en forma en los planos es la antesala para la utilización de las entidades gráficas (puntos, líneas, polígonos) en los SIG, comprendiendo procesos de edición y depuración antes que éstos sean vinculados a los atributos presentes en las bases de datos. El volumen de información viable de ser producido por la restitución fotogramétrica supera largamente lo que en el mismo tiempo podría ser llevado a cabo por procesos directos (GPS o topografía) aunque sacrifica moderadamente aspectos como la precisión en las coordenadas obtenidas. Su ventaja sobre las ortofotos convencionales radica, además de aquella referente a los SIG, en que el efecto por desplazamiento de relieve ha sido debidamente removido, y por ende, los elementos sobresalientes respecto del terreno aparecen debidamente proyectados sobre su plano base. Por el contrario, su mayor desventaja radica en el valor comparativamente superior en su confección respecto a la ortofoto.
Figura 7. Ejemplo de restitución fotogramétrica a escala 1: 5000 de una zona urbana.
II.6.- Otros métodos.
El desarrollo en el campo de los levantamientos ha generado nuevas alternativas de notable eficiencia, tales como la tecnología LIDAR (light detection and ranging) basada en la operación conjunta del sistema laser y GPS montadas en aeronaves. Los resultados de la aplicación de esta nueva modalidad han sido altamente positivos, registrándose errores de posición del orden de 15 cm para el levantamiento de amplias zonas urbanas. No obstante, y al igual que la ortofoto, el producto final entregado debe ser convertido a formato vectorial si se desea utilizarlo seguidamente en ambiente SIG, lo que no es un impedimento para señalar que esta herramienta se constituirá en el corto plazo en un potente medio para la producción y actualización de cartografía urbana. Similar a la ortofoto “verdadera”, su puesta en operación en Chile depende en gran medida de la inversión elevada que representa la adquisición de este equipamiento.
Los levantamientos fotogramétricos efectuados con cámaras métricas digitales (las actuales son por lo general análogas) de formato menor han demostrado alentadores resultados, esperándose una pronta consolidación en el mercado. La certificación empírica entregada por lo estimadores estadísticos propios del control de calidad efectuados sobre la cartografía emanada de esta vía es sin embargo aún escasa, por lo que se hace recomendable la prueba y verificación directa del producto. El resultado en términos de precisión de un levantamiento con este instrumental debe ser homologable o superior a aquél obtenido por los métodos convencionales, a fin de convertir a esta en una verdadera opción respecto a la fotografía aérea tradicional.
III.- Estándares de precisión planimétrica.
Poseer indicadores respecto a lo que debe esperarse de la cartografía a partir de la escala utilizada constituye un elemento clarificador para toda persona que deba proyectar u obtener resultados a partir de los documentos representativos del territorio. Para efectos catastrales y de planos elaborados a escalas mayores existen normas internacionales bastante concluyentes en cuanto a lo que puede ser esperado de un plano digital o análogo. Como ya se describiera, el mapa nacional Holandés maneja sus parámetros de precisión (estimador estadístico y magnitudes) tanto para los levantamientos urbanos como rurales. Lo mismo ocurre en otras naciones, donde las comisiones técnicas son las encargadas de establecer tales parámetros. Es por ello interesante asumir algunos estándares que fijan las tolerancias de acuerdo a la escala de los planos elaborados, de manera de confrontar las magnitudes asumidas con lo habitualmente encontrado en los nuestros planos y tener en consideración que este tipo de indicador está sujeto a los cambios que la tecnología va asumiendo a través del tiempo.
III.1.- Ejemplos de estándares de precisión planimétrica
Un claro ejemplo de aplicación de estándares puede ser observado en las normas utilizadas en Estados Unidos, país en el cual la precisión de la cartografía catastral puede adaptarse a una de las varias reglas existentes. Una de las mayormente aludidas es la llamada NMAS (National Map Accuracy Standard) concebida para evaluar planos impresos y aún en vigencia hoy en día. Las tolerancias establecidas por el NMAS indican que lo esperado como error en planos de escala mayor a 1/20.000 no debe superar 1/30 pulgada a la escala proyectada, asumiendo el 90% de los puntos controlados. Ello en términos métricos indica que 0,85 mm (a escala) constituyen el límite de error para el porcentaje establecido de las muestras. Si pensamos en un plano impreso a escala 1/1000, este indicador nos señalará que 45 puntos de 50 controlados deben sufrir un desplazamiento menor o igual respecto a su posición real de 0,85 m (lo que es francamente impensable para una plano digital moderno a esta escala). La debilidad de este estándar yace en el hecho de que su aplicación cuenta con una larga data (1947) no previéndose en ese entonces la aparición de tecnologías digitales, y por extensión sólo apuntando a procedimientos mecánicos o manuales en la generación cartográfica. La continuidad de este parámetro fue asumida por un segundo estándar, llamado CMAS (Circular Map Accuracy Standard) el cual reduce el margen de error permisible a 1/47 pulgada para el 90% de las muestras, siendo su equivalente a 0,54 mm en el papel. Llevado este dato a una escala 1/1000 el resultado es de 0,54 m para un plano impreso, lo que es una sustancial reducción respecto al NMAS.
Por otra parte, la American Society of Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS, USA) establece los siguientes parámetros de precisión utilizando como estimador estadístico el error medio cuadrático (RMSE), independientemente para x o y en aquellos elementos considerados dentro de la categoría 1 (elementos esencialmente ligados al concepto catastral, tales como cierres prediales) como es expresado en la tabla 1, incluyendo en ello igualmente planos impresos.
Tabla 1. Estándares ASPRS.
Si se analiza el caso de la escala 1/5000 de acuerdo a los criterios de la ASPRS, se puede concluir que el 95% de aquellos puntos claramente visibles en el plano y en el terreno, controlados a esta escala deberán tener un error menor o igual a 2,4477 * RMSE (x o y), lo que será en la práctica 3,01 m en cualquiera de ambos sentidos. Esta magnitud obedece a una aproximación estadística para expresar el grado de precisión a partir del RMSExy en términos de un nivel de confidencia del 95 % de los datos (1,7308 para un RMSE unitario correspondiente al 95% de las muestras; 1,5175 para un RMSE unitario equivalente al 90%. Greenwalt & Schultz, 1968). Tanto el estándar usado por la ASPRS como el propio CMAS se ajustan de forma bastante más adecuada a los resultados que entrega la cartografía catastral por medios computacionales.
III.1.2.- Ejemplos de precisión planimétrica en fotogrametría
En fotogrametría digital la precisión de los planos depende directamente de tres factores (Kure, 1990):
Precisión de las coordenadas calculadas de los puntos de control fotogramétrico
Precisión en la foto-identificación de los puntos de control en la foto aérea.
Precisión en la identificación y trazado de los objetos observados en la foto.
La experiencia del Instituto Geográfico Francés (IGN) quien realizara hace algunos años atrás una evaluación empírica de la precisión de las restituciones fotogramétricas digitales sobre fotografías aéreas a escala 1/30.000 es altamente ilustrativa a este respecto. El IGN determinó un RMSE unitario cercano a los 40 um (micrones) que incluía todos las fases requeridas para el trazado final de objetos en los archivos digitales.
Esta cifra demostró que el error, entendido como un simple vector a partir de la posición verdadera del punto, transferido a un plano digital a escala 1/5000 (escala de planos producidos a partir de fotos 1/30.000) para el 95% de sus muestras controladas fue menor o igual a:
1,7308 * RMSE (0,004 cm) * escala de la foto (30.000) = 208 cm = 2,08 m
Aplicando el criterio del CMAS, el error no superó para el 90% de los puntos el margen de :
1,5175 * RMSE (0,004 cm) * escala de la foto (30.000) = 182 cm = 1,82 m
Si se debiese emitir un juicio respecto a la calidad del producto respecto a las normas tanto del ASPRS como CMAS, en primer lugar habría que puntualizar el pleno cumplimiento el valor observado (2,08 m) por el IGN respecto a la norma del ASPRS para esta escala (3,01 m), aunque en rigor el plano impreso debiera agregar un componente mayor de error (Kure establece este margen en 0,15 mm, lo que sumado a lo anterior entrega un error estimado en el plano impreso de 2, 83 m). Aún así, y bajo la escala de fotos empleada, la experiencia francesa cumple cabalmente con los estándares del organismo estadounidense. En segunda instancia, al comparar el indicador IGN referido al estándar CMAS, puede observarse que el RMSE de 40 micrones proyectado al 90% de los puntos en la foto (1,82 m) es claramente menor a los 0,54 mm llevados a la escala del plano (2,7 m), aunque le sea sumado el factor restante de distorsión por efecto de impresión.
La cifra obtenida por el IGN (40 um) resulta concordante con lo que puede obtenerse genuinamente de un levantamiento utilizando fotos a esta escala, aunque lo que finalmente decide la aprobación o rechazo de una cartografía en términos de su calidad métrica es la conformidad respecto a una norma a la cual se debe ceñir el levantamiento, tales como las referidas.
Es aconsejable señalar que los levantamientos a escala 1/5000 son realizados en Chile prácticamente en su totalidad con fotos aéreas a escala 1/20.000, lo que amplía las posibilidades de reducir el margen de error situándolas en cifras cercanas a 1,25 m para el 90% de las observaciones a escala 1/5000 y 0,25 m para el mismo porcentaje de observaciones en una escala 1/1000 (Soto, E. 2001).
Para tener una idea de lo que puede esperarse de las restituciones digitales según la experiencia del IGN, se elaboró la tabla 2, la cual resume las escalas de fotos y los planos derivados de ellas, proyectando el error en terreno para el 95% puntos a partir del RMSE resultante. Este ejercicio es válido en rigor sólo para la escala de foto con la cual se realizó la evaluación, entregando sin embargo claras aproximaciones a lo que puede ser encontrado en otros escenarios. Si se compara los datos extrapolados a otras escalas con los resultados obtenidos por el autor en la evaluación de planos digitales a escalas 1/1000 y 1/5000 en varias localidades nacionales (ej: Rancagua 1/1000, 1993; Temuco 1/1000, 1995; La Florida 1/1000, 1995; Quinta Región 1/5000, 1996) existe singular concordancia respecto a las cifras obtenidas por el IGN en su experimento.
Tabla 2. Escalas de foto aéreas y sus correspondientes escalas de plano, considerando 40 micrones RMSE de error para el plano digital.
Mas allá de lo estrictamente teórico, el valor de la experiencia desarrollada por el prestigioso instituto geográfico francés reside en aquél aspecto complejo de cuantificar por su carácter aleatorio, como es el trazado llevado a cabo por la mano del operador, permitiendo emitir una estimación global del resultado integrado de una determinada tecnología más el factor humano. Otras pruebas realizadas por compañías privadas han mejorado los indicadores de error, pero sin poseer el volumen masivo que presentan estudios como el descrito, factor determinante en el establecimiento de indicadores de calidad.
Para el caso de las Ortofotos, la aplicación de los estándares citados (ASPRS, CMAS) resulta igualmente válida, pues comparte con la restitución los procedimientos de orientación en principio, pero reemplaza el trazado hecho por el operador de restitución con la rectificación diferencial utilizando un modelo digital de elevación (MDE). “Utilizando un escáner fotogramétrico de calidad, la precisión relativa puede ser tan buena como 50 micrones a la escala de la foto. Por lo tanto, la precisión relativa utilizando una foto a escala 1:10.000 podría entregar una precisión relativa de 50 centímetros.” (Manzer, 1996). Las distorsiones a nivel del terreno en una ortofoto convencional correctamente procesada son por tanto similares a lo que se puede rescatar a partir de la restitución fotogramétrica, así como aquellas extraídas de la ortofoto real en objetos proyectados sobre el plano de referencia, similares a las demostradas por los elementos en altura trazados en la restitución.
III.1.3 Precisión planimétrica de los GPS
Los GPSs del tipo geodésicos de simple y doble frecuencia han sido diseñados para entregar distorsiones menores al centímetro (milímetros dependiendo del modo en el que se les programe y la extensión de base), lo que es una realidad en condiciones favorables de medición. Una simple revisión de los productos disponibles en el mercado nos indica que el error en instrumentos de doble frecuencia oscila ente los 3 y 5 mm + 1 parte por millón (1 mm de error por 1 millón de milímetros de longitud de base de donde se encuentre el receptor fijo, o en otras palabras, 1 milímetro por kilómetro de base registrado) en modo estático, lo que constituye un estándar que se orienta mayormente a trabajos de carácter netamente geodésico, siendo igualmente aprovechables para fijación de bases de amarre en redes de control urbanas. A ello se
añaden modos de medición rápida como RTK, que en un par de minutos permite llegar a precisiones de promedio de 1 cm; y el modo estático rápido, con valores similares al anterior, pero con un mayor tiempo de medición requerido.
Los instrumentos de frecuencia simple entregan alta precisión utilizando modalidades como la estática (oscilando en torno a 5 mm + 1 ppm), con la limitación de tener que operar con bases de extensión en lo posible menores a 10 km. Igualmente puede utilizarse el modo estático rápido, con precisiones levemente superiores al centímetro, aptas para ser utilizadas en redes destinadas a la actualización cartográfica. El caso de comunas urbanas de extensión moderada es particularmente abordable desde la perspectiva de esta categoría de instrumental, dado que requiere de la fijación de una cantidad restringida de hitos o bases permanentes de medición para cubrir la totalidad del espacio urbano requerido. La relación de valor de este instrumental respecto a los de doble frecuencia es considerablemente menor, por lo que el costo/beneficio que representa su adquisición para los organismos vinculados al ordenamiento territorial urbano es del todo imaginable.
Por último los GPS del tipo mapeador que incluyen post-proceso entregan precisiones en promedio de 40 cm RMSE con cortos períodos de medición (5 min) convierténdose en una verdadera alternativa para la actualización cartográfica a escalas 1/ 2.000 y 1/ 5.000.
III.1.4.- Precisión planimétrica de la imágenes satelitales de alta resolución
Pruebas realizadas con ortofotos hechas a partir de imágenes Quickbird indican que es posible obtener precisiones del orden de 2,6 m RMSE en ortofotos a escala 1/5000 (Digitalglobe, 2005). Experiencias desarrolladas en sectores urbanos reducidos han entregado residuales aún menores, llegando incluso a 1,3 m RMSE con modelos de ajuste optimizados (Hu, 2003, Toutin et al, 2002). El promedio de los tests efectuados tanto en Quickbird como en Ikonos indica que la magnitud señalada en primera instancia es sin duda el referente más común respecto a lo que puede obtenerse en términos de precisión a partir de ortofotos a escalas como la indicada. Un error de 2,6 m RMSE implica que la precisión para el 90% de las observaciones será de prácticamente 4 m. Si analizamos esta cantidad referida al estándar CMAS (90% de los puntos deben ser menores o iguales que 0,54 mm a la escala del mapa, luego a la escala 1/5000 esto representa 2,7 m) veremos que con un RMSE como el descrito no existe compatibilidad con la norma citada, y que ello refuerza la idea de que este tipo de imágenes con transformaciones geométricas convencionales se orienta mayormente a la producción de escala cercanas al 1/10.000. No obstante, basándose en experiencias de modelos de transformaciones geométricas optimizadas, es factible disminuir los residuales finales para así llegar a producir escalas comparativamente mayores, como las establecidas por el Ordnance Survey. Estos modelos optimizados permiten la elaboración de ortofotos a escalas de rango 1/5000, pero no permiten el extraer un aspecto de importancia relevante para el catastro, como la subdivisión predial (situación análoga a lo ocurrido con una foto aérea escala 1/20.000 registrada a 800 o 1000 DPI)
III.1.5.- Consideraciones prácticas para las precisiones utilizando métodos directos
Aparte de los aspectos teóricos en cuanto a precisión de estaciones totales (su grado de error es inferior usualmente a 0,5 cm) y a aquella observada en los GPS, existe un aspecto de crucial importancia para la determinación de posiciones planimétricas en la aplicación de los métodos directos. Este es la factibilidad de localizar el instrumental exactamente sobre el punto a medir (si es que se conoce cual es la posición “verdadera” del punto), hecho que determina la precisión real de las observaciones posteriores. En muros medianeros de altura y grosor significativo el operador de campo difícilmente puede instalar un instrumento exactamente en la posición que determina la intersección de dos de ellos, por lo que debe realizar una aproximación a su posición más probable. Este caso se observa con menor intensidad en muros medianeros de grosor moderado (15 cm), y menor aún en subdivisiones materializadas por rejas de escaso ancho. Es por lo tanto esperable encontrar en cada medición de vértices prediales un error de origen aleatorio, el que sumado al error estimado del instrumental empleado entregará finalmente el grado real de distorsión de las coordenadas, de forma homologable al error aportado por el trazado del operador de restitución al reconstituir vectorialmente la forma de los objetos levantados. La magnitud de las desviaciones hace que los métodos de medición directa, a pesar de su alto grado de precisión, puedan no entregar la posición del todo buscada, surgiendo como conclusión lógica el que un procedimiento prolijo por parte del operador es un factor primordial en la precisión final, permitiendo así una aproximación a los indicadores estrictamente teóricos del instrumental.
III.1.6.- Alternativas para el levantamiento de delimitación predial.
Realizado un análisis de la precisión inherente a cada fuente de producción/actualización cartográfica, la tabla 3 que se presenta a continuación resume a juicio del autor aquellos métodos válidos para la captura de datos propios de las subdivisiones prediales en espacios urbanos estrictamente en función del concepto de precisión y estándares aplicables a planos catastrales.
Escalas de plano
* (1) Sólo si el estándar de precisión del instrumento usado es menor al exhibido por la cartografía original
* (2) Longitud de base no mayor a 10 km. Modos: estático, estático/rápido.
* (3) Modos: RTK, estático rápido, estático
* (4) Fotografías aéreas métricas a escala 1 / 4000 (resolución imagen: 800, 1000, 1200 DPI y mayores) o escala de foto 1/5000 con resolución de 1000, 1200 DPI y mayores.
* (5) Fotografías aéreas métricas a escala 1 / 8000; resolución imagen: 1200 DPI y mayores.
a : únicamente con visibilidad real a la base de los elementos proyectados sobre el terreno.
La tabla 4 resume aspectos operativos de los métodos de actualización, definiendo la aptitud de cada método en función a variables ineludiblemente decisivas al momento de decidir un criterio orientado a la producción/actualización catastral, a fin de conformar una idea de carácter global respecto al método de a seleccionar para este efecto.
El item referente a la externalización del servicio apunta a determinar si organizaciones como los municipios poseen el instrumental bajo análisis y autonomía de ejecución para su aplicación en los levantamientos locales o si deben hacer uso de servicios externos.
La aptitud de actualización de planos es analizada desde la perspectiva de la factibilidad de poder llevar a cabo en breve lapso tareas de actualización utilizando los medios descritos.
La producción cartográfica catastral debe apuntar hacia un mejoramiento permanente gracias a la optimización de las tecnologías de generación de planos. Por este motivo, los procedimientos alternativos a los tradicionales que no certifiquen plenamente su rendimiento en términos de calidad, pueden constituir en un elemento alterador de una base territorial coherente y confiable. La aparición de los sistemas enteramente digitales en fotogrametría ha permitido rebajar costos en productos tan útiles como las ortofotos, por lo que no se justifica la aplicación de tecnologías alternativas de resultado desconocido.
Chile precisa de normas técnicas claras que regulen la producción cartográfica tanto a pequeñas como a grandes escalas. En esta dirección, los organismos tanto públicos como privados deben emitir junto a sus productos cartográficos los certificados que acrediten la calidad del material elaborado, con estimadores estadísticos definidos, de modo que todos los usuarios puedan corroborar lo establecido por los emisores y acreditar la calidad de sus levantamientos.
Se hace necesario la adopción de estándares referidos exclusivamente a la cartografía digital, ya que esta forma de representación permite un control y evaluación altamente eficiente comparativamente al control que pueda ser realizado sobre planos impresos. En tal sentido, una experiencia de control masiva sobre diversas coberturas cartográficas se hace necesaria, de modo de establecer de forma similar al IGN, si nuestra cartografía base cumple con las expectativas técnicas respecto a patrones internacionales.
El destacable aporte de los equipos GPS geodésicos a la actualización cartográfica se orienta hacia la determinación de coordenadas de hitos o puntos de referencia, distribuidos regularmente en el territorio comunal, con amplia cobertura para la recepción de señal y desde donde se inicien los levantamientos topográficos destinados a complementar y actualizar la cubierta cartográfica. El desfavorable escenario al cual se ven sometidos aquellos gobiernos locales de bajo presupuesto es factible de ser contrarrestado si las autoridades asumen que una baja inversión en la creación de una red de hitos (mediante el tipo de GPS geodésicos) significará integración permanente para su información territorial, pudiendo lograr estimables estándares de calidad en su cartografía, compatibles a los países de mayor desarrollo en la materia.
La actualización cartográfica catastral a escalas mayores encuentra una base de sustento fundamental en la utilización de los planos de loteo digitales ejecutados por medios topográficos. En virtud del volumen y periodicidad de información manejado bajo esta modalidad, las cubiertas comunales pueden ser así sucesivamente actualizadas utilizando este material. Ello contribuirá a un mantenimiento eficiente de la cartografía catastral a un costo definitivamente menor que por cualquier otro método alternativo. El potencial que reviste el levantamiento directo georreferenciado digital es de tal magnitud, que puede decirse sin lugar a dudas que es el soporte ideal que toda base territorial comunal precisa entre el período que va entre un levantamiento fotogramétrico a escala mayor y aquél que lo suceda en el tiempo.
Esteban Soto Márquez – esoto@utem.cl – Universidad Tecnológica Metropolitana
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