Georreferenciación y sistemas de coordenadas
La georreferenciación consiste en utilizar coordenadas de mapas para asignar una ubicación espacial a entidades geográficas de mapa. Todos los elementos de la capa de un mapa tienen una ubicación geográfica y extensión específica que les permite situarse en o cerca de la superficie de la tierra. La capacidad para ubicar entidades geográficas correctamente es fundamental tanto en la representación cartográfica como en el SIG.
La descripción de la ubicación y la forma de entidades correcta requiere un marco de coordenadas para definir ubicaciones del mundo real. Un sistema de coordenadas geográficas se utiliza para asignar ubicaciones geográficas a los objetos. Un sistema de coordenadas de latitud-longitud global es uno de esos marcos. Otro marco es un sistema de coordenadas cartesianas o planar que surge a partir del marco global.
Los mapas representan ubicaciones en la superficie de la tierra que utilizan cuadrículas, retículas y marcas de graduación con etiquetas de diversas ubicaciones terrestres (tanto en medidas de latitud-longitud y en sistemas de coordenadas proyectadas [como metros de UTM]). Los elementos geográficos incluidos en diversas capas de mapas se trazan en un orden específico (uno arriba del otro) para la extensión del mapa determinado.
Los conjuntos de datos SIG incluyen ubicaciones de coordenadas dentro de un sistema de coordenadas cartesianas o globales para registrar ubicaciones y formas geográficas. De esta manera, se pueden superponer varias capas de datos SIG en la superficie de la tierra.
Latitud y longitud
Un método para describir la posición de una ubicación geográfica en la superficie de la tierra consiste en utilizar mediciones esféricas de latitud y longitud. Estas son mediciones de los ángulos (en grados) desde el centro de la tierra hasta un punto en la superficie de la tierra. Este tipo de sistema de referencia de coordenadas generalmente se denomina sistema de coordenadas geográficas.
La longitud mide ángulos en una dirección este-oeste. Las mediciones de longitud comúnmente se basan en el meridiano base, que es una línea imaginaria que realiza un recorrido desde el Polo Norte, a través de Greenwich, Inglaterra, hasta el Polo Sur. Este ángulo es de longitud 0. El oeste del meridiano base se registra normalmente como longitud negativa y el este como longitud positiva. Por ejemplo, la ubicación de Los Ángeles, California, tiene una latitud de aproximadamente más 33 grados, 56 minutos y una longitud de menos 118 grados, 24 minutos.
Si bien la latitud y la longitud se pueden ubicar en posiciones exactas de la superficie del globo, no proporcionan unidades de medición uniformes para la longitud y la distancia. Solo a lo largo del ecuador la distancia que representa un grado de longitud se aproxima a la distancia que representa un grado de latitud. La razón es que el ecuador es la única línea paralela que es tan extensa como el meridiano. (Los círculos con el mismo radio que la Tierra esférica se denominan círculos grandes. El ecuador y todos los meridianos conforman círculos grandes).
Por encima y por debajo del ecuador, los círculos que definen las líneas paralelas de latitud se vuelven gradualmente más pequeñas hasta que se convierten en un solo punto en los polos norte y sur donde convergen los meridianos. A medida que los meridianos convergen hacia los polos, la distancia que representa un grado de longitud se reduce a cero. En el esferoide Clarke 1866, un grado de longitud en el ecuador es igual a 111.321 kilómetros, mientras en 60° de latitud, es solo 55.802 kilómetros. Dado que los grados de latitud y longitud no tienen una longitud estándar, no es posible medir distancias ni áreas con precisión ni mostrar los datos con facilidad en un mapa plano o en la pantalla del equipo. El uso de muchas (aunque no de todas) aplicaciones de análisis SIG y representación cartográfica suele exigir un marco de trabajo de coordenadas más estable, planar, proporcionado por los sistemas de coordenadas proyectadas. De forma alternativa, algunos de los algoritmos utilizados para los operadores espaciales tienen en cuenta el comportamiento geométrico de los sistemas de coordenadas esféricas (geográficas).
Proyecciones cartográficas a través de coordenadas cartesianas
Un sistema de coordenadas proyectadas es cualquier sistema de coordenadas diseñado para una superficie plana, como un mapa impreso o una pantalla de PC.
Los sistemas de coordenadas cartesianas en 2D y 3D brindan el mecanismo para describir la ubicación y la forma geográfica de las entidades utilizando los valores X e Y (y, como podrá leer más adelante, utilizando columnas y filas en ráster).
El sistema de coordenadas cartesianas utiliza dos ejes: uno horizontal (X), que representa el este y el oeste, y otro vertical (Y), que representa el norte y el sur. El punto de intersección de los ejes se denomina el origen. Las ubicaciones de los objetos geográficos se definen en relación al origen, utilizando la notación (X,Y), donde x se refiere a la distancia del eje horizontal, e y se refiere a la distancia del eje vertical. El origen se define como (0,0).
En la ilustración que se muestra a continuación, la notación (4,3) registra un punto que se encuentra cuatro unidades por encima en X y tres unidades por encima en Y desde el origen.
sistemas de coordenadas en 3D
Cada vez más sistemas de coordenadas proyectadas utilizan un valor Z para medir la elevación por encima o por debajo del nivel medio del mar.
En la ilustración que se muestra a continuación, la notación (2, 3, 4) registra un punto que está a dos unidades por encima de la X y tres unidades por encima de la Y desde el origen, y cuya elevación está a cuatro unidades por encima de la superficie de la tierra (4 metros por encima del nivel medio del mar).
Propiedades y distorsión en proyecciones cartográficas
Debido a que la tierra es esférica, uno de los desafíos que deben afrontar los cartógrafos o profesionales SIG es cómo representar al mundo real por medio de un sistema de coordenadas planas. Para poder comprender su dilema, considere cómo aplanaría una pelota de básquetbol; esto no se puede hacer sin distorsionar su forma o crear áreas de discontinuidad. El proceso de aplanamiento de la tierra se denomina proyección, de ahí el término proyección de mapa.
Un sistema de coordenadas proyectadas se define en base a una superficie plana de dos dimensiones. Las coordenadas proyectadas se pueden definir en 2D (X,Y) o en 3D (X,Y,Z), donde las mediciones X,Y representan la ubicación en la superficie de la tierra y Z representaría la altura por encima o por debajo del nivel del mar.
A diferencia de un sistema de coordenadas geográficas, un sistema de coordenadas proyectadas posee longitudes, ángulos y áreas constantes en las dos dimensiones. Sin embargo, todas las proyecciones de mapas que representan la superficie de la tierra como un mapa plano, crean distorsiones en algún punto de la distancia, el área, la forma o la dirección.
Los usuarios deben lidiar con estas limitaciones utilizando proyecciones de mapas que se adaptan al uso, su ubicación geográfica y la extensión específica. El software SIG también puede transformar información entre sistemas de coordenadas para admitir la integración de datasets ubicados en distintos sistemas de coordenadas, y admitir diversos flujos de trabajo críticos.
Muchas proyecciones de mapas están diseñadas para fines específicos. Una proyección de mapa se debería utilizar para preservar la forma, mientras que otra se debería utilizar para preservar el área (área conforme versus proyecciones de igual área).
Estas propiedades (la proyección de mapa, junto con esferoide y referencia) se convierten en parámetros importantes en la definición del sistema de coordenadas para cada dataset SIG y cada mapa. Al registrar descripciones detalladas de estas propiedades para cada dataset SIG, las PC pueden volver a proyectar y transformar las ubicaciones geográficas de los elementos del dataset simultáneamente en cualquier sistema de coordenadas adecuado. En consecuencia, es posible integrar y combinar información de varias capas SIG independientemente de sus sistemas de coordenadas. Esta es una función fundamental de los sistemas SIG. La ubicación precisa comprende la base de casi todas las operaciones SIG.