(GPS) y su aplicación en Geomática

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Conceptos de Geomática
y estudios de caso en México
Raúl Aguirre Gómez
Coordinador
México, 2009
Conceptos de Geomática y estudios de caso en México
Primera edición, octubre de 2009
© D.R. Universidad Nacional Autónoma de México
Instituto de Geografía
Ciudad Universitaria,
Delegación Coyoacán,
C.P. 04510, México, D. F.
www.unam.mx
www.igeograf.unam.mx
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por cualquier medio, sin autorización escrita
del titular de los derechos patrimoniales.
La presente publicación presenta los resultados de una
investigación científica y contó con dictámenes de
expertos externos, de acuerdo con las normas editoriales
del Instituto de Geografía.
Geografía para el siglo XXI (Obra general)
Serie Libros de Investigación
ISBN: 970-32-2976-X
ISBN: 978-607-02-0973-4
Impreso y hecho en México
Sumario
Introducción ..................................................9
Capítulo 1. Bases físicas de la Percepción Remota .....................15
Raúl Aguirre Gómez
Capítulo 2. Los Modelos Digitales de Terreno. Descripción e interpolación …61
Jean-François Parrot
Capítulo 3. Los sistemas de posicionamiento global (GPS) y su aplicación
en Geomática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
Jorge Prado Molina
Capítulo 4. Definición y origen de los sistemas de información geográfica …115
José Antonio Quintero Pérez
Capítulo 5. Los sistemas de información geográfica en la prevención
de desastres: realidad y perspectivas ...............................149
Irasema Alcántara Ayala
Capítulo 6. Aplicación de las técnicas de Evaluación MultiCriterio
en el ambiente SIG: el caso de la identificación de zonas para la reforestación
del parque nacional Nevado de Toluca ............................ 165
Sergio Franco Maass
Capítulo 7. Análisis de cambio en la cobertura forestal en la Zona Núcleo
de la Reserva de la Biosfera Mariposa Monarca, 2003-2006. . . . . . . . . . . . . 195
José López García
Capítulo 8. Estudio de cambio de uso del suelo como insumo al ordenamiento
territorial de la Zona V Norte petrolera del estado de Chiapas ........... 211
Gabriela Gómez Rodríguez y Omar Rojas García
Capítulo 9. Análisis satelital multitemporal de la vegetación ............241
Lilia Manzo Delgado
Capítulo 10. Modelos Digitales de Terreno: atributos primarios y secundarios . 261
Verónica Ochoa Tejeda y Jean-François Parrot
Capítulo 11. Técnicas de análisis SIG como instrumento de toma de decisiones:
diseño del plan maestro del Camino de la Virgen de Talpa .............295
Ruth Miranda Guerrero, Jesús Rodríguez Rodríguez, María Isabel Ramírez
Ramírez y Néstor Corona Morales
Capítulo 12. La producción pesquera en el Golfo de México y su relación
con los procesos oceanográficos a partir de datos satelitales ............. 315
Olivia Salmerón García
Capítulo 13. Metodología para determinar zonas de peligro al ataque
de la plaga de langosta centroamericana (Schistocerca piceifrons piceifrons
Walter, 1870) apoyados en sensores de alta resolución y SIG. Estudio de caso:
la Huasteca Potosina, México. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
María Guadalupe Galindo Mendoza, Carlos Contreras Servín y Luis Olvera
Vargas
Introducción
Desde principios de la década de 1990 se ha venido observando un desarrollo
paulatino y sin precedente en el análisis y el manejo de datos espaciales. Una
de las razones fundamentales de este proceso es la afortunada unión entre las
Ciencias de la Tierra y la Informática. Esta alianza de disciplinas se denomina
Geomática.
La Geomática, a manera de definición, es un término científico moderno
que sirve para expresar la integración sistémica de técnicas y metodologías de ad-
quisición, almacenamiento, procesamiento, análisis, presentación y distribución
de información geográficamente referenciada.
Estos datos espaciales provienen del análisis y de mediciones hechas con
diversas técnicas empleadas en disciplinas tales como: la geodesia y la topografía,
la cartografía, la teledetección o percepción remota, la fotogrametría, la geoesta-
dística o análisis espacial, los Sistemas de Posicionamiento Global de Navegación
por Satélite (GPS) y los Sistemas de Información Geográfica (SIG).
En la actualidad, la adquisición o levantamiento de datos se apoya en una
amplia gama de instrumentos, técnicas y métodos matemáticos para realizar me-
diciones de objetos, en órdenes de magnitud que van desde posiciones puntuales
muy localizadas hasta nuestro planeta en su totalidad. Una de las tecnologías
modernas, ya incorporada en las actividades de levantamiento de datos, es el
Sistema de Posicionamiento Global, el cual se ha convertido en una técnica de
apoyo indispensable, cuando se requiere una localización precisa de los objetos.
Por otro lado, tecnologías como la Percepción Remota (PR) y la Fotogra-
metría, permiten inferir datos de un objeto o del ambiente físico sin estar en
contacto directo con ellos y resultan de gran importancia cuando se requieren
datos distribuidos sobre amplias zonas geográficas, incluyendo información tri-
dimensional o modelos digitales de terreno. Los instrumentos que posibilitan
estas formas de recopilar datos pueden estar montados en plataformas aéreas o
satelitales.
Para el procesamiento y análisis de los datos recopilados mediante el em-
pleo de una u otra técnica, se utilizan programas computacionales que incluyen
procesadores de imágenes o SIG, los que además permiten realizar funciones de
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10 Raúl Aguirre Gómez
simulación y modelado para crear escenarios posibles. Finalmente, los resultados
obtenidos a través de todo este proceso se pueden presentar o desplegar gráfica-
mente utilizando técnicas modernas de cartografía automatizada.
Este avance tecnológico ha permitido que en la actualidad la Geomática
rebase el ámbito de las Ciencia de la Tierra y alcance a todas las ciencias que
utilizan datos espacialmente referenciados. Así, existen hoy en día numerosos
ejemplos donde la aplicación de las técnicas de Geomática ha resultado exitosa
en áreas tan diversas como la Medicina humana y veterinaria, la Geología, la
Arqueología, la Ingeniería Civil e Ingeniería Ambiental, y aun en los negocios de
bienes raíces y comerciales, entre muchas otras.
Al presente, la mayoría de los países del mundo utiliza la Geomática en la solu-
ción de problemas que requieren de un análisis espacial y México no es la excepción.
De esta manera, este libro surge de la necesidad de mostrar ejemplos relevantes del
“quehacer geomático” que se está realizando en nuestro país por un conjunto de
especialistas altamente capacitados en una o varias de las disciplinas constituyen-
tes de la Geomática. Para lograr esto, se cuenta con la invaluable participación
de investigadores de las siguientes instituciones: Universidad de Guadalajara,
Universidad Autónoma del Estado de México, Universidad Autónoma de San
Luis Potosí y la Universidad Nacional Autónoma de México. El total de contri-
buciones, que involucró a veinte especialistas, permitió la conformación de trece
capítulos.
Los temas presentados incluyen conceptos teóricos, propuestas metodológi-
cas y aplicaciones de la Geomática en diversos tópicos. Aun cuando la gama de
temas presentados es amplia, ha sido posible estructurar el libro en dos secciones:
a) la primera sección incluye aspectos teóricos de percepción remota, modelos di-
gitales de terreno, sistemas de posicionamiento global y sistemas de información
geográfica; b) la segunda parte comprende aplicaciones de la Geomática que, por
sus características, fueron subdivididas y ordenadas del siguiente modo: en pri-
mer lugar en estudios sobre recursos naturales, siguiendo con estudios de índole
social y concluyendo con los de tipo económico.
En el primer capítulo Raúl Aguirre escribe sobre los aspectos teóricos de la
PR e inicia con la definición de ésta y su historia. Posteriormente, aborda las bases
físicas de la teledetección: desde la generación de energía electromagnética (EEM)
por nuestro Sol, pasando por la interacción de la radiación solar con la atmósfera
y los elementos de la superficie terrestre, hasta que la EEM logra alcanzar el ins-
trumento o sensor montado en plataformas aéreas o satelitales.
En el segundo capítulo, Jean François Parrot escribe sobre los modelos de
elevación del terreno y hace un tratamiento matemático del tema. Los Modelos
.
Introducción 11
Digitales de Terreno (MDT) constituyen uno de los modelos de representación
de la superficie terrestre, y proporcionan información métrica que puede ser in-
tegrada directamente en un SIG. El autor maneja los conceptos con claridad y
coherencia, de tal suerte que el lector poco acostumbrado a este tipo de lenguaje
será capaz de seguir la secuencia y “ver las entrañas” de un tema complejo e in-
teresante.
El capítulo de Jorge Prado proporciona una excelente base para entender el
funcionamiento de los GPS y presenta los aspectos históricos y las circunstancias
que dieron lugar a la creación de este tipo de sistemas explicando, de manera bre-
ve, algunos métodos de navegación, desde puntos de referencia en el terreno o en
las estrellas hasta llegar a las constelaciones de satélites GPS-NAVSTAR. Finalmen-
te, explica los aspectos técnicos de los GPS, los cuales son de gran importancia
para obtener el mayor provecho de estos formidables instrumentos, para navegar
de manera segura por nuestro planeta.
En el capítulo relativo a los SIG, José Quintero ofrece un magnífico relato
histórico del origen de éstos desde antes que las civilizaciones antiguas imple-
mentaran la escritura hasta finales del siglo XX. Inicia su investigación en el ám-
bito mundial con una breve historia que va desde los primeros mapas hasta llegar
al origen de los SIG, con el desarrollo de la computación. Finalmente, aborda el
tema SIG en nuestro país, haciendo un recuento de hechos tecnológicos y sus
transformaciones. El estudio abarca desde la época precortesiana, donde logra
hacer pasar códices indígenas a través de un tamiz geográfico, hasta fechas re-
cientes, terminando con algunos comentarios entorno al origen, evolución y uso
de los SIG.
En el último capítulo de la parte teórica, Irasema Alcántara proporciona
una visión interesante de la aplicación de los SIG al estudio de las amenazas y
riesgos de índole natural: vulcanismo, sismos, tsunamis y la vulnerabilidad de
la población ante este tipo de eventos. Se ejemplifican diversos eventos que han
tenido resonancia mundial, mostrando el potencial de la aplicación de los SIG
en estudios de amenazas y riesgos, y que pueden considerarse estratégicos en el
ámbito de la prevención de desastres.
En el primer capítulo de aplicaciones de la Geomática al estudio de recursos
naturales, Sergio Franco presenta un estudio sobre la Evaluación Multi-Criterio
(EMC). Inicia con una revisión general de la aplicación de esta poderosa herra-
mienta en el ambiente de los SIG; posteriormente, hace un análisis de la aplica-
ción de la EMC para la zonificación del Parque Nacional Nevado de Toluca con
el importante objetivo de alcanzar la reintroducción de especies forestales nativas
como son el pino, el oyamel, el aile y el encino.
.
12 Raúl Aguirre Gómez
El capítulo de José López incide en la problemática de la conservación de
la Reserva de la Biosfera de la Mariposa Monarca, la cual sirve no sólo como
albergue durante la hibernación de estos insectos sino que constituye, además,
una importante zona de recarga de acuíferos donde se protege una de las regio-
nes boscosas mejor conservadas de México. Su estudio se basa en el análisis de
fotografías áreas digitales y en la fotointerpretación comparativa de los periodos
2003-2005 y 2005-2006 y en el procesamiento de esta información en un am-
biente SIG.
Por su parte, Gabriela Gómez y Omar Rojas presentan un interesante estu-
dio de ordenamiento territorial en la Zona V Norte Petrolera de Chiapas. Su aná-
lisis se basa en la detección de cambios en la cobertura vegetal y en el uso del suelo
mediante la utilización de imágenes de satélite LandSat TM y ETM+, trabajo de
campo e información de respaldo. Logran la detección de estos cambios comparan-
do mapas de vegetación y de índices derivados (NDVI) de los años 1986 y 2002.
En este mismo orden de ideas, pero desde un punto de vista regional, Lilia
Manzo presenta un capítulo dedicado al análisis satelital multitemporal de la
vegetación en un área de la región central de México. Hace una investigación
regional y multitemporal del índice de vegetación NDVI obtenido de las imáge-
nes NOAA-AVHRR, observando el patrón fenológico interanual de la vegetación
y la influencia del fenómeno ENOS de 1997-1998 en los valores extremos de este
índice.
En el siguiente capítulo, Verónica Ochoa y Jean François Parrot presentan
una aplicación de los modelos digitales de terreno en la Sierra Norte de Puebla.
El tratamiento del tema posee una fuerte base matemática para entender los al-
goritmos que permiten la extracción de atributos, primarios y secundarios, que
describen los rasgos morfológicos de la región. Así, analizan parámetros prima-
rios como: sombra, iluminación, pendiente u orientación, mientras que con los
atributos secundarios consideran temas como la vulnerabilidad, los procesos de
erosión, la humedad de los suelos y la dirección de los flujos, entre otros.
La sección de aplicaciones sociales y urbanas inicia con el trabajo de Ruth
Miranda y colaboradores, quienes presentan un elegante ejemplo de integración
Geomática (SIG, GPS y Cartografía) para la creación de un plan maestro del Ca-
mino de la Virgen del Rosario de Talpa, con el objetivo de generar un modelo
territorial, en ambiente SIG, que facilite el abastecimiento de equipamientos bási-
cos, para aminorar las duras condiciones inherentes al peregrinaje. Al ser México
un país profundamente religioso y con una gran tradición en peregrinaciones,
esta excelente aproximación resulta, por demás, pertinente.
.
Introducción 13
La aplicación de la Geomática a elementos de índole económica comienza
con el capítulo de Olivia Salmerón. Su contribución es una investigación híbrida
donde analiza la producción pesquera en el Golfo de México utilizando imágenes
satelitales. En su investigación emplea diversos anuarios estadísticos de pesca e
imágenes satelitales sobre la variabilidad de la temperatura superficial del mar
(procesos físicos) y cambios en la concentración de la clorofila-a (procesos bioló-
gicos). En su estudio logra establecer una relación entre la época del año de mayor
producción pesquera con las condiciones oceanográficas imperantes.
Por su parte, Guadalupe Galindo y colaboradores, analizan la perenne pro-
blemática del agro mexicano. Su estudio se enfoca al análisis del efecto de las
plagas en las actividades agropecuarias de la región de la Huasteca Potosina.
Los autores plantean la necesidad de un monitoreo constante de las plagas y de
las condiciones que propician su desarrollo (deforestación, variabilidad térmica
y pluvial, y el inadecuado uso de suelo), mediante el uso integral de elementos
geomáticos: SIG, MDT, cartografía, GPS e imágenes satelitales.
Por último, quisiera agradecer la contribución de todos los autores para hacer
viable la creación de esta obra y por haber hallado el tiempo para dedicarlo a esta
publicación; sin ellos no hubiera sido posible. Quisiera mencionar, y agradecer
también, el importante aporte del Dr. Adrián Guillermo Aguilar, quien propuso
la idea de este libro y planteó el reto de coordinarlo, sugirió el nombre de posi-
bles colaboradores y me dio consejos para llevar a buen término este proyecto.
Vaya también un agradecimiento a la Dra. Irasema Alcántara Ayala, tanto por su
participación como autora en uno de los capítulos que integran este libro, como
por el apoyo e impulso final para lograr esta obra, en su papel de actual directora
del Instituto de Geografía de la UNAM. Gracias también a la coordinación edi-
torial de la UNAM y del Instituto de Geografía, en particular, por el apoyo para
la publicación de esta obra. Finalmente, deseo manifestar mi reconocimiento al
gran trabajo, profesional y a conciencia, desarrollado por el conjunto de árbitros
anónimos que ayudaron a enriquecer esta obra con sus comentarios, sugerencias
y análisis crítico.
Raúl Aguirre Gómez,
mayo de 2008