Posteado por: rengifo | septiembre 23, 2011

Geomorfometría. Análisis cualitativo de un modélo de elevación digital.


Estimado lectores

Continuando con las entradas dedicadas a la geomorformetría, me gustaría presentar en esta oportunidad algunas de las pasos necesarias para realizar un análisis cualitativo (visual) de un modélo de elevación digital (MED). El análisis cualitativo tiene caracter exploratorio y precede el análisis cuantitativo. En la mayoría de los casos el análisis cualitativo provee información general sobre la usabilidad del MED, asi como sobre las zonas más problemáticas dentro MED. Con esta finalidad seleccioné el modélo de elevación ASTER- modelo de elevación digital global (ASTER-GDEM), el cual posee una resolución de 30m y es distribuido gratuitamente por ERSDAC.

La zona de estudio se encuentra localizada en la Cordillera de los Andes Venezolanos en la Cordillera de Mérida, con cumbres que alcanzan los 5000 metros de altura. El ASTER-GDEM lo decargé en un formato TIFF y viene acompañado de un archivo con la terminación num. TIFF, cuya utilidad la explicaré a lo largo del análisis y que es la razón por la cual decidí descargar un ASTER-GDEM en vez de los otros MED disponibles, como por ejemplo el SRTM90.

En primer lugar una vez descargado el MED lo primero que se debe hacer es derivar  un mapa  de relieve (ver fig 1). En esta imagen se puede apreciar cuales areas presentan irregularidades. Por ejemplo areas marcadas como A, B y C.

Sin embargo, un mapa de relieve no es suficiente para determinar la calidad del MED . Por esta razón se deben recurrir a un segundo derivativo; las curvas de nivel. El análsis de las curvas de nivel permite visualizar que forma tienen estos los objetos irregulares, en este caso son redondos (ver fig 2.)

 

Fig 1: Relieve derivado de un ASTER-GDEM: Areas A, B y C (en color rojo graduado) ejemplifican areas del MED que presenta irregularidades.

 

Fig2: Cuandrante izquierdo de la zona A (fig 1) con curvas de nivel, superimpuestas sobre el archivo númerico (num.tiff)
Fig2: Cuandrante izquierdo de la zona A (fig 1) con curvas de nivel, superimpuestas sobre el archivo númerico (num.tiff). Las lineas de nivel (en color rojo) demuestran la existencia de artefactos o picos que salen abruptamente del MED. Los tonos de color blanco en la imagen de fondo (num.tiff) indica en que zonas se usaron la mayor cantidad de imagenes para producir el MED, mientras que el color negro indica que no se usaron ningunas imagenes. Las zonas en negro coinciden con la mayor ocurrencia de errores en el MED.

Como se puede ver en la la fig. 2 las areas-problemas coinciden con las zonas marcadas en negro en el archivo num.tiff que acompaña el dem.tiff. La principal función de este archivo es mostrar el número de escenas usadas para determinar el valor de la elevación cada pixel. Este archivo también se puede usar de para determinar zonas problemas de forma visual, ya que los mayores errores encontrados en GDEM tiene correlación con el número de escenas usadas y su demarcación en relación a otros bloques (stacks) de imágenes usados en la generación del MED (ASTER-GDEM, reporte de validación). Otros derivados que se pueden usar para evaluar cualitativamente el MED, lo constituyen la pendiente y la orientación de la pendiente (ver fig.3).

 Fig 3 : Cambios abruptos de la pendiente como resultados de errores en el MED.

Fig 3 : Cambios abruptos de la pendiente como resultados de errores en el MED.

La pendiente y la orientación de la pendiente son derivados, que al igual que los mapas de relieve y las curvas de nivel se categorizan en la geomorfometría, como derivativos primarios. Los derivativos primarios constituyen la base de otros derivativos secundarios como por ejemplo, la dirección y acumulación de la corriente de agua, la delineación de cuencas y la generación de redes hidrológicas a partir de MEDs (Wilson y Galant, 2000). En la figura 3 se puede observar que la pendiente cambia abruptamente alrededor de los artefactos encontrado, lo que si duda tendrá efecto en los derivativos secundarios. El uso de la orientación de la pendiente se puede usar para determinar si el GDEM tiene errores sistemáticos, por ejemplo si presenta errores de altura en función la orientación de pendiente. Para ello seria necesario hacer un análisis cuantitativo. En este caso usé los mapas de la pendiente y la orientación de la la pendiente para determinar errores sistemáticos que son perceptibles visualmente (ver figs 4a, b, c, d).

Errores de pendiente en  ASTER GDEM

Fig 4a :Errores de pendiente en ASTER GDEM. Lineas fueron generadas para resaltar el error.

 

Fig 4b: Errores en la orientación de la pendiente. Lineas demarcadas para resaltar el error.

Fig 4b: Errores en la orientación de la pendiente. Lineas demarcadas para resaltar el error.

En la imágenes 4a y 4b marqué los errores sistemáticos que se ven en forma de objetos rectilineos que no existen en la realidad. Imágenes 4c y d muestra las mismas imágenes sin las lineas.

Fig 4c: Pendiente calculada a partir del ASTER-GDEM

Fig 4c: Pendiente calculada a partir del ASTER-GDEM

Fig 4d: Orientación de la pendiente calculada a partir del ASTER GDEM.

Fig 4d: Orientación de la pendiente calculada a partir del ASTER GDEM.

En conclusión, se puede decir que el Aster GDEM puede ser usado con precaución para determinar formas geomorfológicas en aquellas areas donde errores no sean tan críticos. Específicamente en este caso, la mejor resolución se observa en las zonas que aparencen blancas en el archivo num.tif (ver fig 5).

Fig 5: Archivo num.tif en escala de grises donde el blanco reprensenta las zonas donde se usó mayor cantidad de imágenes para generar el valor de altura dae cada pixel, mientras que el color negro representa las zonas donde esta  información no estaba disponible.

Fig 5: Archivo num.tif en escala de grises donde el blanco reprensenta las zonas donde se usó mayor cantidad de imágenes para generar el valor de altura dae cada pixel, mientras que el color negro representa las zonas donde esta información no estaba disponible.

Sin embargo aún seria necesario hacer correciones de tipo cuantitativo i.e. corregir desplazamiento horizontal, remover artefactos mediante uso filtros estadísticos, crear máscaras de los cuerpo del agua, entre otras cosas. Algunos de estos procedimientos numéricos los explicaré en mi próxima entrada.

NOTA:  Software usado para este análisis visual fue exclusivamente software libre: GDAL, GRASS GIS, SAGA GIS y QGIS.

 

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