Modelos de Elevación Digital

¿Qué es un DEM o Modelo Digital de Elevación?

El término modelo digital de elevación o DEM, por sus siglas en inglés, se refiere a una abstracción digital tridimensional que describe o modela la complejidad de la superficie del terreno en un área específica. Dependiendo de la fuente, un DEM contempla tanto las variaciones de alturas de los elementos sobre el suelo, la topografía como también la curvatura natural del planeta. Existen distintos mecanismos para medir un DEM algunos de medición directa (es el caso del LiDAR y, RADAR) y otros, a través de cálculos fotogramétricos (ya sean fotos aéreas o imágenes satelitales ópticas o RADAR). La medición del terreno mediante equipos topográficos como estaciones totales por lo general pretenden modelar áreas bastante pequeñas despreciando así el efecto de la curvatura de la tierra. Estas aplicaciones, aunque muy útiles para obras civiles no son de uso recomendado para generar DEMs.

Aunque no seamos siempre consientes de esto, el DEM es el primer producto que se consigue en todo proceso de sensoramiento remoto. Toda imagen o foto satelital requiere de correcciones geométricas para dar precisión en ubicación y formas a los elementos en la misma. Para lograr estas precisiones geométricas el insumo principal además de la foto es el DEM con el cual, se proyecta cada pixel en la imagen sobre las irregularidades del terreno para una representación más fiel de la realidad.

¿De dónde se obtiene un DEM?

Muchos de los DEMs disponibles fueron resultado de misiones específicas como es el caso del SRTM de la NASA. Esta misión probó en el año 2000 que la tecnología SAR era adecuada para generar un DEM mundial de 90m. Era el primer producto de cobertura global que se lograba en ese entonces. Por muchos años, este DEM facilitó el proceso de ortocorrección de la nueva oferta de imágenes satelitales de alta resolución que precisamente iniciaba en 1999 con el satélite Ikonos.

Un DEM es también un producto intermedio en todo proceso fotogramétrico (drone, aéreo, satelital, incluso terrestre). Se vale del efecto de paralelismo óptico que producen dos fotografías tomadas desde distintas posiciones. Es el mismo efecto óptico que nos permite percibir la tridimensionalidad utilizando el sentido de la vista desde las distintas perspectivas de cada ojo. Hoy día, existen modelos matemáticos muy utilizados y probados que nos permiten crear modelos estereoscópicos y generar el DEM que luego es utilizado para crear lo que conocemos como Ortofotos.

Usos de los Modelos de Elevaciones

Un uso del DEM es la generación del Modelo de Suelo Desnudo o DTM al remover todos los elementos sobre el mismo. A partir del DTM se extraen las curvas de nivel con las que expresamos las alturas como un elemento planimétrico.

El DEM es también fuente para modelos hidrológicos, modelos geomorfológicos, modelos de transporte de sedimentos, zonificación de suelos, modelos de fuentes de contaminación, exposición solar, perfiles, selección de sitios y muchos otros análisis que requieren un entendimiento detallado de la topografía. En general, son muchas las aplicaciones que combinan la información de un DEM con datos de sensores remotos para estudios sobre vegetación, geoquímica, uso de la tierra, geología, climatología, glaciaciones y estudios de riesgos socio naturales.

Otros Usos del DEM

Entre otros análisis que obtienen la información de un DEM podemos mencionar la elaboración de mapas de rugosidad, de direcciones de flujos, mapas de sombras o Hillshade, mapas de orientación de pendientes respecto a los puntos cardinales, valores de índices de posición topográfica, radiación solar y prácticamente cualquier modelo que identifique un aspecto territorial de la superficie.

Sin embargo, los DEMs no sólo permiten analizar aspectos morfológicos del territorio. También nos ayudan a realizar mapas de cuencas visuales y análisis de líneas de vista entre dos puntos de interés. Este interesante análisis puede ser llevado a cabo, por ejemplo, para asistir el análisis de cobertura de señal radiotransmitida, estudios de fragilidad paisajística, evaluaciones de Impacto Ambiental, e incluso para recrear escenarios virtuales en 3D de las cuencas visuales observadas en cualquier análisis de esta tipología.

¿Qué tipo de archivo es un DTM o DSM?

Un DEM es una matriz de valores de alturas espacialmente localizados sobre el terreno que describe. Este tipo de archivo puede representarse como:

1. Archivos RASTER, cuya matriz de píxeles es analizada a través de grupos de celdas: archivos GRID, ASCII o BIL son algunos de los archivos analizados bajo este tipo de formato.
2. Archivos TIN, cuya triangulación de la superficie terrestre, permite representar partiendo de un solo archivo valores de altitud, dirección de laderas o curvas de nivel.
3. Archivos de Nube de Puntos o valores discretos x, y, z que describen con precisión valores de altitud y ubicación de los objetos sobre el suelo.

¿Cómo obtener DEMs de Alta Precisión?

DEMs a partir de tecnología LiDAR

El método más preciso para generar un DEM es definitivamente un barrido aéreo con tecnología LiDAR. El resultado es una nube de puntos con valores de altura y ubicación precisos x, y, z. Cada punto es una medición independiente y precisa. Puede incluir atributos adicionales que pueden aportar información muy interesante como la intensidad de la señal y el orden del rebote. Inclusive color y textura.

La precisión de estas mediciones va a depender del equipo, la densidad de mediciones y la altura del vuelo. Generalmente la precisión se mide en el orden de algunos centímetros en cada uno de los millones de puntos que componen el archivo de rebotes. Importante tener en cuenta que la densidad de puntos LiDAR puede alcanzar varias decenas de puntos por metro cuadrado. Otra gran ventaja de esta tecnología es que muchos rebotes alcanzan el suelo debajo de árboles logrando mediciones directas en áreas no visibles en fotos aéreas. Aunque el LiDAR no atraviesa las nubes, no requiere trabajar en condiciones de luz natural.

DTM / DTM a partir de tecnología Fotogrametría

El método tradicionalmente utilizado para medir un DEM es definitivamente la fotogrametría ya sea con fotos aéreas o satelitales o los drones. Aquí la precisión va a depender del tipo y calidad del sensor utilizado, la altura del vuelo, la escala o resolución de las fotografías y la calidad de los puntos de control utilizados. Las precisiones que se logran con equipos métricos para fotogrametría profesional se miden en el orden de centímetros en el punto central de cada pixel
de la imagen. El tamaño de pixel o resolución de las fotos aéreas son por lo general mayores a 5cm (20 mediciones dentro de un metro cuadrado). Una limitante importante frente a la tecnología LiDAR es la imposibilidad de medir bajo la cobertura de árboles. Las mediciones se limitan a lo observable e interpretable en la foto.

Drones para generación de DEMs

Los drones son una excelente herramienta para obtener DEM de áreas pequeñas y con precisiones bastante buenas debido a la altura a la que operan. Siempre hay que tener presente sus limitaciones en autonomía y la gran dificultad de trabajar modelos fotogramétricos muy grandes y pesados. Asi también, de que por lo general trabajan con cámaras no métricas. Si se trabaja con áreas menores a 2.5km2, con controles de campo adecuados y a alturas menores a 400m del suelo se podrían lograr precisiones entre 50cm-1m.

Imágenes de Radar para DTM y DSM

Hasta ahora, todos estos métodos son ópticos y dependen de energía que es afectada por efectos atmosféricos como nubosidad y bruma. Ambas son situaciones muy comunes en nuestras regiones tropicales. Ante la imposibilidad de lograr el levantamiento de un área de interés mediante alguno de los métodos anteriores recientemente ha surgido la posibilidad de trabajar con imágenes SAR satelitales de alta resolución.

La longitud de onda de la señal de microondas utilizadas para sensoramiento remoto: 2.4-3.8cm (banda X), 3.8-7.5cm (banda C), 15-30cm (banda L) y 30-100cm (banda P). La longitud de onda visible esta en el orden de los 5×10-9 cm; sustancialmente mas pequeña. Es importante conocer que la onda electromagnética va a rebotar en un objeto mayor o igual a su tamaño. Las microondas al ser mayores a los 2 cm van a atravesar cualquier partícula menor. Esto incluye las gotas de agua y polvo que reducen el paso de la luz en la atmósfera.

Con la disponibilidad de sensores de alta resolución como Capella y Maxar las imágenes son muy detalladas e independientes al clima. Incluyen también información adicional como la fase y polaridad que puede ser utilizada para otro análisis no posible con imágenes ópticas como subsidencia (cambios milimétricos del suelo) y humedad.

Las imágenes Capella y Maxar son un excelente recurso para obtener DEM actuales de alta resolución en áreas de acceso complicado, en cualquier fecha del año y, en cualquier hora del día.

Te ayudamos a conseguir el mejor resultado en Modelos de Elevación

GeoSolutions Consulting cuenta con muchos años de experiencia en la generación de DEMs a partir de imágenes satelitales de alta resolución de Maxar y recientemente estamos ampliando nuestra oferta con las imágenes SAR de alta resolución de Capella y de Maxar. Intermap es también un proveedor de DEMs de alta resolución listos para entrega con su producto NextMap1.

Por otro lado, Maxar amplió recientemente su oferta de productos con su nueva línea de productos Precision3D tecnología de fotogrametría estéreo de multivistas la cual se alimenta de la gran cantidad de archivo de que dispone Maxar. En lugar de un estéreo de dos escenas, se trabaja con múltiples escenas ofreciendo múltiples perspectivas de un mismo elemento. El resultado es muy bueno sin la necesidad de controles. Con este método se generan DEMs, modelos 3D con textura, Ortos y Ortofotos verdaderas. Realmente una oferta única en el mercado actual.

Estamos a su disposición para brindarle más información, evaluar su proyecto y brindarle nuestros servicios.